Sztuczna trzustka może zrewolucjonizować leczenie cukrzycy, i to już za kilka lat.
Sztuczna trzustka na horyzoncie
Sztuczna trzustka może zrewolucjonizować leczenie cukrzycy i to już za kilka lat.
Od lekarza Archiwum
Dla milionów osób cierpiących na cukrzycę na całym świecie życie to seria zastrzyków, wzrostów i spadków poziomu cukru we krwi. Sztuczna trzustka, dzięki obietnicy automatycznego regulowania poziomu cukru we krwi, może to wszystko zmienić.
"Sztuczna trzustka zrewolucjonizuje leczenie cukrzycy" - mówi dr Eric Renard, profesor endokrynologii, diabetologii i metabolizmu w Szkole Medycznej Montpellier w Montpellier we Francji. "Zapobiegnie powikłaniom cukrzycy [do których zalicza się ślepotę, niewydolność nerek, amputacje, choroby serca i zgony]. A jakość życia ulegnie znacznej poprawie, ponieważ ludzie nie będą musieli stale się kłuć i monitorować" - mówi Renard, który prowadzi pierwsze badanie kliniczne tego urządzenia.
Sztuczna trzustka ma pomagać pacjentom z cukrzycą typu 1 w utrzymywaniu poziomu cukru we krwi w normalnym zakresie, co ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania powikłaniom cukrzycy" - wyjaśnia Renard.
Organ stworzony przez człowieka składa się z trzech części, z których wszystkie muszą działać idealnie ze sobą zsynchronizowane: czujnika, który stale monitoruje poziom cukru we krwi lub tkankach, pompy infuzyjnej insuliny oraz algorytmu komputerowego, który steruje podawaniem insuliny minuta po minucie na podstawie zmierzonego poziomu cukru we krwi - mówi Jeffrey I. Joseph, dyrektor Centrum Sztucznej Trzustki na Uniwersytecie Thomasa Jeffersona w Filadelfii. Czujnik przekazuje informacje do pompy, która następnie dozuje odpowiednią ilość insuliny.
W pełni zautomatyzowane i zintegrowane urządzenie prawdopodobnie nie będzie gotowe na premierę przez co najmniej cztery lata, a może nawet dłużej. Ale "robimy krok po kroku" - mówi Joseph, a naukowcy na całym świecie testują różne elementy systemu, pojedynczo lub w połączeniu.
Pompa insulinowa - krok naprzód
Najbardziej zaawansowana w rozwoju jest pompa insulinowa, którą nosi się na pasku lub całkowicie wszczepia do ciała. Zewnętrzna pompa jest już używana przez tysiące osób chorych na cukrzycę na całym świecie, a pompa wszczepialna została zatwierdzona w Europie i jest w fazie badań klinicznych w USA.
Jak twierdzi Renard, opracowanie pompy wszczepialnej było dużym krokiem naprzód, a badania wykazały, że kontrolowanie poziomu cukru we krwi i poprawa jakości życia są znacznie korzystniejsze niż wielokrotne codzienne wstrzykiwanie insuliny.
Urządzenie wielkości krążka hokejowego, wyprodukowane przez firmę Medtronic MiniMed z Northridge w Kalifornii, jest wszczepiane pod skórę brzucha, skąd dostarcza insulinę do organizmu, "tak jak prawdziwa trzustka" - mówi Renard.
Lori Hahn, 41-letnia Kalifornijka, która choruje na cukrzycę od ponad dziesięciu lat, twierdzi, że wszczepialna pompa zmieniła jej życie. "Przed pompą moje życie było jak kolejka górska, zarówno pod względem poziomu cukru we krwi, jak i pod względem emocjonalnym" - mówi Hahn, która bierze udział w badaniu klinicznym w Stanach Zjednoczonych. "Czułam się poza kontrolą i musiałam poświęcać dużo czasu na kontrolowanie poziomu cukru we krwi.
"Dzięki wszczepialnej pompie mogę zapomnieć, że jestem cukrzykiem" - mówi Hahn, pracująca żona i matka trójki aktywnych dzieci.
Pompę, która wykorzystuje specjalnie opracowaną insulinę, napełnia się co dwa lub trzy miesiące. Dostarcza ona insulinę w krótkich impulsach w ciągu dnia, podobnie jak trzustka. Jest również zaprogramowana do podawania większych dawek insuliny w porach posiłków. Przed posiłkiem lub przekąską naciśnięcie przycisku na osobistym komunikatorze pompy, przypominającym pager, powoduje, że pompa zaczyna podawać dawkę insuliny.
Inteligentny system kamieniem milowym
Inne badania koncentrują się na poprawie komunikacji między czujnikiem glukozy a zewnętrzną pompą insulinową. Według Josepha, latem tego roku osiągnięto kamień milowy, gdy FDA zatwierdziła jeden z pierwszych inteligentnych systemów, który umożliwia komunikację obu systemów za pośrednictwem połączenia bezprzewodowego.
Jak twierdzi, takie systemy pozwalają wyeliminować wiele zgadywanek związanych z dawkowaniem insuliny.
Tradycyjnie pacjenci musieli nakłuwać palce i umieszczać krew na pasku, aby uzyskać odczyt poziomu cukru we krwi, oszacować, ile gramów węglowodanów planują zjeść i obliczyć w myślach, ile insuliny potrzebują. System ten pozostawiał wiele miejsca na błędy, a niewłaściwe obliczenia mogły potencjalnie prowadzić do niebezpiecznie wysokiego lub niskiego poziomu cukru we krwi.
W nowo zatwierdzonym systemie Paradigm, który łączy pompę insulinową MiniMed firmy Medtronic i monitor glukozy firmy Becton Dickinson, pacjenci nadal nakłuwają palce, aby zmierzyć poziom cukru we krwi. Monitor glukozy wielkości pagera przesyła jednak informacje bezpośrednio do pompy insulinowej. Pompa insulinowa oblicza następnie dawkę insuliny wymaganą dla aktualnego poziomu cukru we krwi. Dzięki temu, że pompa oblicza potrzebną dawkę, można uniknąć błędów, które czasami powstają, gdy pacjenci wprowadzają te dane ręcznie" - mówi.
"Do pacjenta należy decyzja, czy sugerowana ilość jest prawidłowa, i naciśnięcie przycisku w celu dostarczenia zalecanej dawki" - mówi Joseph. "Nie jest to sztuczna trzustka, ponieważ nie jest w pełni zautomatyzowana. Jest to jednak znaczący postęp w zakresie wygody i może potencjalnie poprawić kontrolę poziomu cukru we krwi w warunkach klinicznych."
Pomiar poziomu cukru we krwi
Jak twierdzi Joseph Joseph, około dwóch tuzinów firm i laboratoriów akademickich opracowuje czujniki glukozy. Niektóre z nich to czujniki poziomu glukozy we krwi, inne to czujniki poziomu glukozy w płynie tkankowym; niektóre są umieszczane przez pacjenta pod skórą, inne są wszczepiane na stałe do organizmu.
Chociaż czujniki glukozy zostały znacznie ulepszone w ciągu ostatnich kilku lat, nadal stanowią czynnik ograniczający przy tworzeniu sztucznej trzustki - mówi.
Dr Steve Lane, p.o. kierownika programu technologii medycznych w Lawrence Livermore National Laboratory w Departamencie Energii, zgadza się z tym stwierdzeniem.
"Prawie na pewno uda się osiągnąć cel, jakim jest produkcja sztucznej trzustki" - mówi Lane, którego wydział pracował nad prototypem sztucznej trzustki we współpracy z firmą MiniMed. "Trzeba jednak pokonać pewne przeszkody, z których najważniejszą jest wykrywanie glukozy. Do tej pory nikt nie opracował niezawodnego sposobu wykrywania glukozy".
Firma Animas Corp. opracowuje wszczepialny optyczny czujnik glukozy. W badaniach na zwierzętach i wstępnych badaniach na ludziach urządzenie dokładnie mierzyło poziom cukru we krwi za pomocą optyki na podczerwień.
"Miniaturowa głowica czujnika jest umieszczana wokół naczynia krwionośnego, a źródło światła jest kierowane przez krew do detektora" - mówi Joseph Joseph. "Absorpcja światła o określonej długości fali podczerwonej określa stężenie cukru we krwi".
Na dalszym etapie rozwoju znajdują się krótko- i długoterminowe wszczepialne czujniki glukozy firmy Medtronic MiniMed, zaprojektowane do ciągłego pomiaru poziomu cukru w płynie tkankowym lub krwi.
Testy pierwszej sztucznej trzustki
We Francji firma Renard prowadzi pierwsze badania kliniczne nad sztuczną trzustką - w pełni zautomatyzowanym systemem, który łączy w sobie czujnik długoterminowy glukozy firmy Medtronic MiniMed i wszczepialną pompę insulinową.
W trakcie niewielkiego zabiegu chirurgicznego wszczepialny czujnik jest wprowadzany do żyły szyjnej prowadzącej do serca. Czujnik jest połączony z wszczepianą pompą insulinową za pomocą przewodu elektrycznego umieszczonego pod skórą: W miarę wahań poziomu cukru we krwi sygnał informuje pompę, jaką dawkę insuliny należy podać.
"Pacjent nie musi nic robić" - mówi Renard. "Wszystko odbywa się automatycznie. Nawet jeśli pacjent spożywa posiłek o wysokiej zawartości węglowodanów, czujnik wysyła odpowiedni sygnał, aby dostarczyć więcej insuliny".
Renard twierdzi, że dane pochodzące od pierwszych pięciu pacjentów, którzy używali urządzenia przez co najmniej sześć miesięcy, wskazują, że sensor dokładnie mierzył stężenie glukozy w 95% przypadków w porównaniu z wartościami uzyskanymi za pomocą palców.
"Naszym celem było osiągnięcie dokładności na poziomie 90%, a więc jest to bardzo dokładny pomiar" - mówi.
Co ważniejsze, poziom cukru we krwi utrzymywał się w normie przez ponad 50% czasu u pacjentów korzystających z pompy połączonej z czujnikiem, w porównaniu z około 25% czasu w przypadku pacjentów korzystających z pomiarów na palcu w celu dostrojenia podawania insuliny przez pompę wszczepialną.
Ponadto, jak twierdzi Renard, ryzyko spadku poziomu cukru we krwi do niebezpiecznie niskiego poziomu (tzw. hipoglikemii), co jest możliwe w przypadku podawania dodatkowej dawki insuliny, spadło do mniej niż 5%.
Jak twierdzi Renard, jednym z kolejnych kroków jest zwiększenie trwałości czujnika, tak aby wystarczyło go wymieniać co dwa lub trzy lata. Podczas gdy wszczepialne pompy insulinowe działają średnio przez osiem lat, zanim trzeba je wymienić, czujniki przestają działać średnio po dziewięciu miesiącach - mówi.
Renard uważa jednak, że jest to przeszkoda łatwa do pokonania. "Po prostu użyjemy innego materiału i uczynimy go mocniejszym" - mówi.
Joseph twierdzi jednak, że może to stanowić poważne wyzwanie: "Wieloletnie badania wykazują, że czujniki ulegają uszkodzeniu w ciągu kilku miesięcy, a nie lat, ze względu na trudne warunki panujące w organizmie".
Renard twierdzi, że programy matematyczne, które obliczają, jaka ilość insuliny powinna być podawana w różnych porach dnia, również wymagają dopracowania. "Obecnie pompa insulinowa umożliwia diabetykowi spędzenie około połowy dnia z prawidłową glikemią, tak jak osoba bez cukrzycy. Oznacza to jednak, że nie kontroluje on pozostałych 50%, co jest trochę za dużo".
Ale, jak mówi, jest to problem łatwy do rozwiązania. "Głównym problemem jest posiadanie dokładnego czujnika, a my mamy go już teraz. W ciągu dwóch lat powinniśmy mieć taki, który będzie działał dłużej i lepiej, a po tym czasie będzie dostępny klinicznie."
Joseph zgadza się z tym stwierdzeniem. Zademonstrowali oni możliwość połączenia czujnika glukozy z pompą insulinową, która automatycznie dostarcza insulinę - a to jest sztuczna trzustka".
"Czy jest to rozwiązanie doskonałe? Absolutnie nie. Ale zbliżamy się do tego celu".
