Innowacja medyczna w leczeniu cukrzycy typu 1 stanowi ogromny krok naprzód dzięki wynalazkowi i próbom sztucznej trzustki. Czy to urządzenie oparte na algorytmie może zmienić życie diabetyków na lepsze?
Według Centers for Disease Control and Prevention (CDC) prawie 1 na 10 Amerykanów choruje na cukrzycę. Spośród nich około 5% to cukrzycy typu 1, co odpowiada 1,5 milionowi Amerykanów.
Leczenie cukrzycy typu 1 jest wysoce skuteczne, ale jest stosunkowo kłopotliwym doświadczeniem. Pacjenci są zobowiązani do regularnego pobierania krwi, sprawdzania poziomu glukozy i wstrzykiwania odpowiedniej ilości insuliny.
Obecne interwencje pozostawiają niechcianą okazję do popełnienia błędu ludzkiego. Są również dość nieprzyjemne i niewygodne; polowanie na lepsze metody leczenia trwa.
Jednym z takich ulepszeń wykazujących wiele obietnic jest tak zwana sztuczna trzustka. Pomysł sztucznej trzustki był dyskutowany od dziesięcioleci, ale dopiero niedawno stał się potencjalnie realną opcją.
Zaprojektowany przez Borisa Kovatcheva i jego zespół z University of Virginia School of Medicine, ta medyczna innowacja może zmienić miliony istnień na lepsze.
Kovatchev pracuje nad takim urządzeniem od 2006 roku. Początkowo ten rodzaj zamkniętego układu, który mógł monitorować poziom glukozy i podawać insulinę w odpowiedni sposób, był uważany za niemożliwy.
Pomysł sztucznej trzustki spotkał się ze sceptycyzmem ze strony społeczności naukowej, ale, na szczęście, Kovatchev nie słabnie:
«Pokazujemy, że jest to nie tylko możliwe, ale może działać na smartfonie.»
Czym jest cukrzyca typu 1?
Insulina normalnie ułatwia wchłanianie glukozy z krwi do ciała, w którym jest stosowana. Cukrzyca typu 1 występuje, gdy trzustka przestaje wytwarzać wystarczającą ilość insuliny.
Cukrzyca typu 2 jest najczęściej spowodowana wyborami dotyczącymi stylu życia, takimi jak zła dieta i brak ruchu; cukrzyca typu 1 nie ma jednak związku ze stylem życia. Komórki beta trzustki wytwarzające insulinę są atakowane przez niewłaściwą odpowiedź układu immunologicznego, co powoduje, że są one niewystarczające dla potrzeb organizmu.
Aby zrekompensować ten niedobór biochemii, pacjenci muszą często kłuć swoje palce, pobrać próbkę krwi, zmierzyć poziom glukozy i wstrzyknąć sobie insulinę, aby przywrócić równowagę. Ta regularna rigmarole jest niezbędna do utrzymania poziomu glukozy we krwi w zdrowym zakresie.
Pomijając niedogodności i dyskomfort, tak jak w przypadku wszystkiego, co zależy od interakcji międzyludzkiej, istnieje możliwość wystąpienia błędu. Podwyższone poziomy glukozy mogą z czasem uszkadzać nerki, nerwy, oczy i naczynia krwionośne. Na drugim końcu spektrum, niski poziom glukozy lub «hypos» może, w skrajnych warunkach, doprowadzić do śpiączki lub śmierci.
Wszystko, co usunie możliwość błędu użytkownika, przyniesie oczywistą korzyść.
Jak działa sztuczna trzustka
Sztuczna trzustka Kovatcheva, określana również jako kontrola poziomu glukozy we krwi w cukrzycy w zamkniętej pętli, usuwa wiele ludzkich interakcji, które są obecnie niezbędne w przypadku samoleczenia.
Centralny koncentrator systemu korzysta z platformy o nazwie InControl, która działa na zrekonfigurowanym smartfonie. To przenośne urządzenie jest połączone bezprzewodowo z monitorem stężenia cukru we krwi, pompą insulinową i zdalnym miejscem monitorowania. Monitor poziomu cukru we krwi pobiera poziomy glukozy we krwi co 5 minut i dostarcza odczyty do urządzenia InControl.
Urządzenie kontrolowane jest za pomocą algorytmów i podaje odpowiednią ilość insuliny przez cienką igłę, bez konieczności rozlewu nawet kropli krwi.
Algorytmy są miejscem, w którym pojawia się prawdziwa innowacja. Zostały zaprojektowane w celu szybkiego odgadnięcia, ile insuliny może być potrzebne. Nie wystarczy, aby technologia po prostu reagowała na poziom we krwi w danym momencie, musi przewidywać skoki glikemii, zmiany wyprzedzające i dostosować się do indywidualnej wrażliwości na insulinę. To nie jest żaden wyczyn.
Ludzka trzustka jest w stanie wykonać te obliczenia z łatwością, ale zaprojektowanie czegoś tak zdolnego jak trzustka jest naprawdę trudnym zadaniem.
Zapytany o algorytmy Kovatchev powiedział:
«Algorytmy opierają się na modelu ludzkiego układu metabolicznego, który wykorzystuje dane z ciągłego monitorowania glikemii, dawnego dostarczania insuliny i ewentualnie innych dostępnych sygnałów, aby rozpoznać wzorce fluktuacji cukru we krwi i przewidzieć, w którym miejscu znajduje się poziom cukru we krwi pacjenta.
Następnie algorytm dostarcza insulinę na podstawie przewidywanych wartości glukozy. Szczególną uwagę zwraca się na przewidywanie i łagodzenie hipoglikemii – osobny algorytm (nazywamy to Systemem Nadzoru Bezpieczeństwa) jest specjalnie do tego przystosowany i jest całkiem niezły w tym zadaniu.»
Powiedział nam, że system bezpieczeństwa jest ich najbardziej przetestowanym algorytmem; był używany przez wiele lat.
Kovatchev wyjaśnia, jak działa sztuczna trzustka w poniższym filmie:
Próbowanie przełomowego organu
Narodowy Instytut Cukrzycy i Trawienno-Naczyniowych wspiera te ważne badania w wysokości 12,6 miliona dolarów.
Sztuczna trzustka rozpoczęła ostatnie próby w dziewięciu miejscach w USA i Europie. W pierwszej fazie 240 pacjentów z cukrzycą typu 1 testuje system przez 6 miesięcy. Drugi cykl badań obejmie 180 pacjentów z pierwszej fazy noszenia systemu przez kolejne 6 miesięcy.
Zaprojektowany w połączeniu z technologią TypeZero w Charlottesville, VA, system zostanie porównany ze standardową pompą insulinową z dwoma głównymi kryteriami: jak dobrze kontrolowany jest poziom cukru we krwi i czy ryzyko hipoglikemii lub niskiego poziomu cukru we krwi jest zmniejszone.
Kovatchev wyjaśnia swoje cele dotyczące sztucznej trzustki:
«Aby odnieść sukces jako optymalne leczenie cukrzycy, sztuczna trzustka musi udowodnić swoje bezpieczeństwo i skuteczność w długotrwałych kluczowych badaniach w naturalnym środowisku pacjenta.
Naszym głównym celem jest ustanowienie nowego paradygmatu leczenia cukrzycy: sztuczna trzustka nie jest urządzeniem jednofunkcyjnym; Jest to elastyczna, nadająca się do noszenia sieć otaczająca pacjenta w ekosystemie przetwarzania cyfrowego.»
Dalsze ulepszenia na horyzoncie
Ta innowacja wydaje się być ogromną i pozytywną różnicą dla milionów ludzi. Ma na celu poprawę życia chorych na cukrzycę typu 1 poprzez zmniejszenie obciążenia związanego z ręcznym kontrolowaniem poziomu insuliny. Dodatkowo, dzięki algorytmom, sztuczna trzustka powinna utrzymywać poziom glukozy we krwi na fizjologicznie normalnym poziomie.
Oczywiście, każdy postęp medyczny przynosi ze sobą nowy zestaw horyzontalnych celów. Zapytał Kovatchev, czy są jakieś modyfikacje lub ulepszenia, które chciałby wprowadzić do sztucznej trzustki w dalszej kolejności:
«Badane są systemy wielu sygnałów i wielu hormonów, które wykorzystują dodatkowe sygnały, takie jak tętno lub wykrywanie ruchu, oraz dodatkowe hormony, takie jak amylina. Wierzymy, że technologia będzie ewoluować w tych kierunkach.»
Kovatchev i współpracownicy badają już użycie innych hormonów w sztucznej trzustce; jego zespół bada również, czy system może być noszony tylko w określonych porach dnia, na przykład w nocy i / lub po posiłku.
Sztuczna trzustka wygląda na coraz silniejszą. W połączeniu z innymi badanymi obecnie technologiami, cukrzyca wkrótce pokona pośpieszne odosobnienie. Niedawno zakończyły się badania nad możliwością przeszczepienia komórek wydzielających insulinę pacjentom z cukrzycą.
Aktualne badania i przyszłość sztucznej trzustki
W 2024 roku badania nad sztuczną trzustką wciąż trwają, przynosząc nowe nadzieje na polepszenie życia osób z cukrzycą. Najnowsze badania wykazały, że technologia ta może znacząco zmniejszyć ryzyko hipoglikemii, co jest kluczowe dla pacjentów. Zastosowanie zaawansowanych algorytmów i uczenia maszynowego przynosi obiecujące wyniki, a oczekiwania wobec sztucznej trzustki są coraz wyższe.
Dodatkowo, badania wykazały, że urządzenia te mogą być dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjentów, co sprawia, że są one bardziej efektywne. W miarę jak technologia rozwija się, możemy spodziewać się również integracji z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami, takimi jak aplikacje mobilne, które umożliwią pacjentom lepsze zarządzanie ich stanem zdrowia.
W nadchodzących latach sztuczna trzustka może stać się integralną częścią terapii cukrzycy, a jej rozwój i badania będą kluczowymi elementami w dążeniu do zapewnienia lepszej jakości życia pacjentów z cukrzycą typu 1.
