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Künstliche Bauchspeicheldrüse spürt zwei Hormone auf
Die Behandlung von Typ-1-Diabetes ist eine Meisterleistung der Organisation und Kontrolle. Je besser ein Diabetiker den Blutzuckerspiegel kontrollieren kann, desto unwahrscheinlicher sind langfristige gesundheitliche Komplikationen. Aber selbst bei Geräten wie automatischen Insulinpumpen, die eine kontinuierliche Insulindosis abgeben, müssen Diabetiker immer noch daran denken, eine zusätzliche Dosis Insulin zu den Mahlzeiten hinzuzufügen, und viele verbringen jeden Tag viel Zeit mit entweder höheren Blutzuckerwerten oder niedriger als normal.
Wissenschaftler haben an der Entwicklung eines künstlichen Bauchspeicheldrüsensystems gearbeitet, das den Blutzuckerspiegel überwacht und automatisch ohne menschliches Zutun normalisiert. Eine vorläufige klinische Studie, die diesen Monat detailliert wurde in Wissenschaft Translationale Medizin stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Schaffung eines vollautomatisierten Systems dar. Das System war in der Lage, den Blutzucker bei einer kleinen Gruppe von Diabetikern zu kontrollieren, selbst wenn die Patienten kohlenhydratreiche Mahlzeiten zu sich nahmen, was eine der größten Herausforderungen für künstliche Pankreassysteme darstellt.
Die meisten in der Entwicklung befindlichen künstlichen Pankreassysteme kombinieren ein Blutzuckermessgerät mit einer Insulinpumpe. Das Gerät in dieser Studie fügt eine weitere Komponente hinzu, die das Hormon Glukagon überwacht, das dem Insulin entgegenwirkt. Glucagon hilft zu verhindern, dass der Blutzuckerspiegel zu stark abfällt, wenn zu viel Insulin verabreicht wird. Obwohl Diabetiker immer noch Glukagon produzieren, funktioniert es nicht immer richtig.
Unserer Meinung nach ist Glukagon ein wichtiges zusätzliches Maß an Sicherheit, sagt Steven Russell , einem Endokrinologen am Massachusetts General Hospital, der die Forschung mit geleitet hat. Russell erklärt, dass Hypoglykämie ein großes Problem für Diabetiker sein kann – paradoxerweise gilt: Je besser Diabetiker ihren Blutzucker kontrollieren, desto stärker sind sie gefährdet. Hypoglykämie, die bei einem zu niedrigen Blutzuckerspiegel auftritt, kann zu Schwitzen, Zittern, Schwindel und Verwirrtheit führen und in einigen Fällen lebensbedrohlich sein.
Die neue Studie wurde in erster Linie entwickelt, um einen Algorithmus zu testen, den das Team entwickelt hat, um die Menge an Insulin und Glukagon vorherzusagen, die benötigt wird, um den Blutzuckerspiegel normal zu halten. Edward Damiano , ein Bioingenieur an der Boston University und Co-Leiter der Studie, sagt, dass der Algorithmus nicht nur auf den aktuellen Blutzuckerspiegel reagieren kann, sondern auch vorhersehen muss, wohin er führt, da Insulin langsam vom Körper aufgenommen und ausgeschieden wird. Bei jeder Dosis verfolgt es den Anstieg des verabreichten Insulins sowie den Abfall früherer Dosen, sagt er.
Das System wurde an 11 Erwachsenen mit Typ-1-Diabetes über einen Zeitraum von 27 Stunden getestet, während denen die Probanden drei kohlenhydratreiche Mahlzeiten zu sich nahmen. Anstatt sich auf ein Blutzuckermessgerät unter der Haut zu verlassen, nahmen die Forscher alle fünf Minuten direkte Blutzuckerwerte aus dem Blut. Die Software berechnete dann die benötigte Insulin- und Glucagonmenge. Die Dosen wurden von Krankenschwestern verabreicht.
In der ersten Studie hielt das System den Blutzuckerspiegel bei sechs der Probanden normal, aber die anderen fünf litten unter Hypoglykämie, die durch das Trinken von Fruchtsaft gerettet werden musste. Die Forscher fanden heraus, dass diese fünf Patienten viel länger brauchten als erwartet, um das erhaltene Insulin zu absorbieren und auszuscheiden. Also passten sie die Parameter des Systems an eine langsamere Insulinabsorptionsrate an und testeten dieselben Probanden erneut. Das System war dann in der Lage, den Blutzuckerspiegel aller Teilnehmer unter Kontrolle zu halten, obwohl die Werte bei denen, die in der ersten Studie schnell Insulin aufgenommen hatten, etwas höher waren.
Bruce Buckingham , ein pädiatrischer Endokrinologe an der Stanford University, der nicht an der Arbeit beteiligt war, sagt, dass der Nachweis, dass das System funktioniert, auch nachdem die Probanden große Mahlzeiten zu sich genommen haben, eine Schlüsselleistung ist. Der Umgang mit Mahlzeiten ist das eigentliche Hindernis bei der Entwicklung einer künstlichen Bauchspeicheldrüse, sagt er. Eine aktuelle Studie einer Gruppe der Cambridge University, Großbritannien, testete ein ähnliches System, jedoch nur über Nacht, wenn die Patienten nicht aßen. Buckingham sagt, dass eine weitere Herausforderung für die Geräte darin besteht, Trainingsphasen zu bewältigen, die auch zu Schwankungen des Blutzuckers führen.
Das Team hinter dem neuen Gerät plant eine weitere Studie mit einem von der FDA zugelassenen kontinuierlichen Glukosemonitor und einem automatisierten System zur Abgabe der beiden Hormone. Diese Studie wird das duale Hormonsystem mit einem reinen Insulin vergleichen und wird zwei Tage umfassen und eine Trainingsphase beinhalten.
Aaron Kowalski , Direktor des Artificial Pancreas Project bei der Juvenile Diabetes Research Foundation, das die Studie teilweise finanzierte, sagt, dass das Insulin-Glucagon-System die Zukunft der künstlichen Pankreas-Technologien darstellt. Unser oberstes Ziel ist es, einer menschlichen Physiologie ohne Diabetes so nahe wie möglich zu kommen, sagt er. Es wird jedoch eine Herausforderung sein, ein solches System auf den Markt zu bringen. Kowalski sagt, dass es keine von der FDA zugelassenen Pumpen gibt, die zwei verschiedene Substanzen abgeben, und Glucagon wird derzeit nur in Notfällen verwendet, wenn Diabetiker eine gefährliche Unterzuckerung haben – es kommt in Form eines Pulvers, das rekonstituiert werden muss.
Kurzfristig glaubt Kowalski, dass künstliche Bauchspeicheldrüsen-Insulin-Geräte viel früher verfügbar sein werden. In Europa ist bereits eine Insulinpumpe zugelassen, die bei zu niedrigem Blutzuckerspiegel automatisch abschalten kann. Und das Artificial Pancreas Project arbeitet mit Animas Corporation , das Blutzuckermessgeräte herstellt, auf einem System, das den Blutzucker überwacht, aber nur dann automatisch Insulin abgibt, wenn der Blutzuckerspiegel einen bestimmten Bereich über- oder unterschreitet. Kowalski glaubt, dass ein solches Gerät die Insulinabgabe zwar nicht vollständig automatisiert, aber Diabetikern eine entscheidende Sicherheit bieten kann.