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Künstliche Bauchspeicheldrüse: Spielwechsler für Diabetes-Behandlung?
Medizinische Innovation in der Behandlung von Typ-1-Diabetes macht einen großen Sprung nach vorne mit der Erfindung und dem Versuch einer künstlichen Bauchspeicheldrüse. Könnte dieses algorithmusbasierte Smartphone-Gerät das Leben von Diabetikern zum Besseren verändern?
Die Behandlung von Typ-1-Diabetes könnte durch die künstliche Bauchspeicheldrüse für immer verändert werden.
Bildnachweis: UVA Health
Nach Angaben des Centers for Disease Control and Prevention (CDC) hat fast jeder zehnte Amerikaner Diabetes. Von diesen sind etwa 5% Typ-1-Diabetiker, was 1,5 Millionen Amerikanern entspricht.
Die Behandlung von Typ-1-Diabetes ist sehr effektiv, aber eine relativ mühsame Tortur. Die Patienten müssen regelmäßig Blut entnehmen, den Blutzuckerspiegel kontrollieren und die entsprechende Menge Insulin injizieren.
Aktuelle Interventionen lassen unerwünschte menschliche Fehler zu. Sie sind auch ziemlich unangenehm und unbequem; die Jagd nach besseren Behandlungen geht weiter.
Eine solche Verbesserung, die sehr vielversprechend ist, ist die sogenannte künstliche Bauchspeicheldrüse. Die Idee einer künstlichen Bauchspeicheldrüse wird seit Jahrzehnten diskutiert, aber erst seit kurzem ist sie zu einer potenziell realisierbaren Option geworden.
Entworfen von Boris Kovatchev und seinem Team an der School of Medicine der University of Virginia, hat diese medizinische Innovation das Potenzial, Millionen von Leben zum Besseren zu verändern.
Kovatchev arbeitet seit 2006 an einem solchen Gerät. Anfangs wurde diese Art von geschlossenem Kreislaufsystem, das Blutzuckerspiegel überwachen und Insulin angemessen verabreichen könnte, für unmöglich gehalten.
Die Idee einer künstlichen Bauchspeicheldrüse wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft mit Skepsis aufgenommen, aber zum Glück blieb Kovatchev unvermindert:
"Wir zeigen, dass das nicht nur möglich ist, sondern auch auf einem Smartphone."
Was ist Typ-1-Diabetes?
Insulin erleichtert normalerweise die Aufnahme von Glukose aus dem Blut in den Körper, in dem es verwendet wird. Typ-1-Diabetes tritt auf, wenn die Bauchspeicheldrüse kein Insulin mehr produziert.
Typ-2-Diabetes wird am häufigsten durch Lebensstil, wie schlechte Ernährung und mangelnde Bewegung verursacht; Typ-1-Diabetes hat jedoch nichts mit Lebensstil zu tun. Die Betazellen in der Bauchspeicheldrüse, die Insulin herstellen, werden durch eine unangemessene Reaktion des Immunsystems angegriffen, was sie für die Bedürfnisse des Körpers nicht ausreichend macht.
Um diesen Mangel in der Biochemie auszugleichen, müssen die Patienten sich häufig in die Finger stechen, eine Blutprobe entnehmen, den Glukosespiegel messen und sich mit Insulin injizieren, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Diese regelmäßige Pille ist notwendig, um Blutzuckerspiegel in einem gesunden Bereich zu halten.
Abgesehen von den Unannehmlichkeiten und Unannehmlichkeiten, wie bei allem, was auf menschliche Interaktion angewiesen ist, besteht die Möglichkeit von Fehlern. Erhöhte Glukoseniveaus können im Laufe der Zeit Nieren, Nerven, Augen und Blutgefäße schädigen. Am anderen Ende des Spektrums kann eine geringe Glukose oder "Hypos" unter extremen Umständen zu Koma oder Tod führen.
Alles, um die Möglichkeit eines Benutzerfehlers zu beseitigen, ist von offensichtlichem Nutzen.
Wie funktioniert die künstliche Bauchspeicheldrüse?
Die künstliche Bauchspeicheldrüse von Kovatchev, die auch als Blutzuckerkontrolle bei Diabetes bezeichnet wird, nimmt viel von der menschlichen Interaktion, die derzeit bei der Selbstmedikation notwendig ist, weg.
Der zentrale Hub des Systems verwendet eine Plattform namens InControl, die auf einem neu konfigurierten Smartphone ausgeführt wird. Dieses Handgerät ist drahtlos mit einem Blutzuckermessgerät, einer Insulinpumpe und einer Fernüberwachung verbunden. Der Blutzuckermonitor nimmt alle 5 Minuten den Glukosespiegel im Blut auf und liefert die Messwerte an das InControl-Gerät.
Das Gerät wird durch Algorithmen gesteuert und verabreicht die richtige Insulinmenge durch eine feine Nadel, ohne dass der Patient selbst einen Tropfen Blut verschütten muss.
Die Algorithmen sind, wo die wirkliche Innovation hereinkommt. Sie sind entworfen, um zu raten, wie viel Insulin wahrscheinlich benötigt wird. Es ist nicht genug, dass die Technologie zu einem bestimmten Zeitpunkt einfach auf Blutwerte reagiert, sie muss Glukosespitzen voraussagen, Veränderungen vorbeugen und sich an die Insulinsensitivität eines Individuums anpassen. Das ist keine leichte Aufgabe.
Die menschliche Bauchspeicheldrüse ist in der Lage, diese Berechnungen mit Leichtigkeit durchzuführen, aber etwas so leistungsfähiges wie die Bauchspeicheldrüse zu konstruieren, ist in der Tat eine schwierige Aufgabe.
Als er nach den Algorithmen gefragt wurde, sagte Kovatchev Medizinische Nachrichten heute:
"Die Algorithmen basieren auf einem Modell des menschlichen metabolischen Systems, das Daten von kontinuierlicher Glukoseüberwachung, vergangener Insulinabgabe und möglicherweise anderer verfügbarer Signale verwendet, um Muster von Blutzuckerfluktuationen zu erkennen und vorherzusagen, wo der Blutzucker des Patienten liegt .
Dann liefert der Algorithmus Insulin basierend auf vorhergesagten Glukosewerten. Besondere Aufmerksamkeit wird der Vorhersage und Abschwächung von Hypoglykämie geschenkt - ein separater Algorithmus (wir nennen es Sicherheitsüberwachungssystem) ist speziell darauf abgestimmt, und es ist ziemlich gut bei dieser Aufgabe. "
Er sagte uns, das Sicherheitssystem sei ihr am besten getesteter Algorithmus; es ist seit vielen Jahren in Gebrauch.
Kovatchev erklärt weiter, wie die künstliche Bauchspeicheldrüse im folgenden Video funktioniert:
Das bahnbrechende Organ testen
Das National Institute of Diabetes und Digestive and Kidney Diseases unterstützt diese wichtige Forschung in Höhe von 12,6 Millionen US-Dollar.
Die künstliche Bauchspeicheldrüse hat ihre letzten Versuche an neun Orten in den USA und Europa begonnen. In der ersten Phase werden 240 Patienten mit Typ-1-Diabetes das System sechs Monate lang testen. Bei der zweiten Versuchsreihe werden 180 Patienten aus der ersten Phase das System für weitere 6 Monate tragen.
Das System wurde in Zusammenarbeit mit TypeZero Technologies in Charlottesville, VA, entwickelt und wird mit einer Standard-Insulinpumpe verglichen, die zwei Hauptkriterien erfüllt: Wie gut wird der Blutzuckerspiegel gehandhabt und wird das Risiko einer Hypoglykämie oder eines niedrigen Blutzuckers reduziert?
Kovatchev erklärt seine Ziele für die künstliche Bauchspeicheldrüse:
"Um letztlich als eine optimale Behandlung von Diabetes erfolgreich zu sein, muss die künstliche Bauchspeicheldrüse ihre Sicherheit und Wirksamkeit in langfristigen, pivotalen Studien in der natürlichen Umgebung des Patienten nachweisen.
Unser oberstes Ziel ist es, ein neues Diabetes-Behandlungsparadigma zu etablieren: Die künstliche Bauchspeicheldrüse ist kein Einzelfunktionsgerät; Es ist ein anpassungsfähiges, tragbares Netzwerk, das den Patienten in einem digitalen Behandlungs-Ökosystem umgibt. "
Weitere Verbesserungen am Horizont
Diese Innovation dürfte Millionen von Menschen einen großen und positiven Unterschied machen. Es zielt darauf ab, die Leben von Typ-1-Diabetikern zu verbessern, indem es die Last der manuellen Kontrolle der Insulinspiegel erleichtert. Zusätzlich sollte die künstliche Bauchspeicheldrüse dank der Algorithmen die Blutglukose auf physiologisch normalen Niveaus halten.
Natürlich bringt jeder medizinische Fortschritt neue Horizonte mit sich. MNY fragte Kovatchev, ob es irgendwelche Anpassungen oder Verbesserungen geben würde, die er an der künstlichen Bauchspeicheldrüse weiter unten machen möchte:
"Multi-Signal-und Multi-Hormon-Systeme werden erforscht, um zusätzliche Signale wie Herzfrequenz oder Bewegungserkennung und zusätzliche Hormone wie Amylin zu verwenden. Wir glauben, dass die Technologie in diese Richtungen entwickelt wird."
Kovatchev und seine Mitarbeiter loten bereits die Verwendung anderer Hormone in der künstlichen Bauchspeicheldrüse aus; sein Team untersucht auch, ob das System möglicherweise nur zu bestimmten Tageszeiten getragen werden muss, zum Beispiel nachts und / oder nach den Mahlzeiten.
Die künstliche Bauchspeicheldrüse scheint von Stärke zu Stärke zu gehen. In Verbindung mit den anderen Technologien, die derzeit untersucht werden, wird Diabetes bald einen hastigen Rückzieher machen. Medizinische Nachrichten heute untersuchten kürzlich die Möglichkeit der Transplantation von Insulin-sekretierenden Zellen in diabetische Patienten.
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