Künstliche Bauchspeicheldrüse: Spielleiter für die Diabetesbehandlung?

Die medizinische Innovation bei der Behandlung von Typ-1-Diabetes macht mit der Erfindung und Erprobung einer künstlichen Bauchspeicheldrüse einen großen Schritt nach vorne. Könnte dieses algorithmische Smartphonegerät das Leben von Diabetikern zum Besseren verändern?
[Artificial pancreas device]

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. Davon sind etwa 5% Typ-1-Diabetiker, was 1,5 Millionen Amerikanern entspricht.

Die Behandlung von Typ-1-Diabetes ist hochwirksam, stellt aber eine relativ lästige Tortur dar. Die Patienten müssen regelmäßig Blut abnehmen, den Blutzuckerspiegel kontrollieren und die entsprechende Menge Insulin injizieren.

Aktuelle Interventionen lassen ungewollte Möglichkeiten für menschliches Versagen offen. Sie sind auch ziemlich unangenehm und unangenehm; die Jagd nach besseren Behandlungen dauert an.

Eine dieser vielversprechenden Verbesserungen ist die so genannte künstliche Bauchspeicheldrüse. Die Idee einer künstlichen Bauchspeicheldrüse wird seit Jahrzehnten diskutiert, aber erst in jüngster Zeit ist sie zu einer potenziell tragfähigen Option geworden.

Entworfen von Boris Kovatchev und seinem Team an der University of Virginia School of Medicine, hat diese medizinische Innovation das Potenzial, Millionen von Leben zum Besseren zu verändern.

Kovatchev arbeitet seit 2006 an einem solchen Gerät. Zunächst galt diese Art von Kreislaufsystem, das den Blutzuckerspiegel überwachen und Insulin entsprechend verabreichen konnte, als unmöglich.

Die Idee einer künstlichen Bauchspeicheldrüse wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft mit Skepsis aufgenommen, aber zum Glück blieb Kovatchev unvermindert bestehen:

“Wir zeigen, dass es nicht nur möglich ist, sondern auch auf einem Smartphone laufen kann.”

Was ist Typ-1-Diabetes?
Insulin erleichtert normalerweise die Aufnahme von Glukose aus dem Blut in den Körper, wo es verwendet wird. Typ-1-Diabetes tritt auf, wenn die Bauchspeicheldrüse nicht mehr genügend Insulin produziert.

Typ-2-Diabetes wird am häufigsten durch Lebensstilentscheidungen wie schlechte Ernährung und Bewegungsmangel verursacht; Typ-1-Diabetes hat jedoch keinen Bezug zum Lebensstil. Die Beta-Zellen in der Bauchspeicheldrüse, die das Insulin herstellen, werden von einer unangemessenen Immunantwort angegriffen, so dass sie für die Bedürfnisse des Körpers nicht ausreichen.

Um dieses Defizit in der Biochemie auszugleichen, müssen die Patienten häufig in die Finger stechen, eine Blutprobe entnehmen, den Glukosespiegel messen und sich mit Insulin spritzen, um das Gleichgewicht zu halten. Dieses regelmäßige Rigmarole ist notwendig, um den Blutzuckerspiegel in einem gesunden Bereich zu halten.

Abgesehen von den Unannehmlichkeiten und Unannehmlichkeiten, wie bei allem, was auf menschliche Interaktion angewiesen ist, gibt es die Möglichkeit von Fehlern. Ein erhöhter Blutzuckerspiegel kann im Laufe der Zeit die Nieren, Nerven, Augen und Blutgefäße schädigen. Am anderen Ende des Spektrums kann eine niedrige Glukose oder “Hypos” unter extremen Umständen zu einem Koma oder Tod führen.

Alles, was die Möglichkeit von Bedienungsfehlern ausschließt, ist von offensichtlichem Nutzen.

Wie die künstliche Bauchspeicheldrüse funktioniert
Die künstliche Bauchspeicheldrüse von Kovatchev, auch als Closed-Loop-Kontrolle des Blutzuckerspiegels bei Diabetes bezeichnet, nimmt einen Großteil der menschlichen Interaktion, die derzeit in der Selbstmedikation notwendig ist.

Der zentrale Knotenpunkt des Systems nutzt eine Plattform namens InControl, die auf einem neu konfigurierten Smartphone läuft. Dieses tragbare Gerät ist drahtlos mit einem Blutzuckermessgerät, einer Insulinpumpe und einer Fernüberwachung verbunden. Das Blutzuckermessgerät erfasst alle 5 Minuten den Blutzuckerspiegel 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 auch nur einen Tropfen Blut vergießen muss.

Die Algorithmen sind der Ort, an dem die eigentliche Innovation zum Tragen kommt. Sie wurden entwickelt, um zu erraten, wie viel Insulin wahrscheinlich benötigt wird. Es reicht nicht aus, dass die Technologie einfach auf den Blutzuckerspiegel zu einem bestimmten Zeitpunkt reagiert, sie muss Glukosespitzen vorhersagen, Veränderungen vorbeugen und sich an die Insulinempfindlichkeit eines Menschen 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 entwickeln, ist in der Tat eine schwierige Aufgabe.

Als er nach den Algorithmen gefragt wurde, erzählte Kovatchev heute Medical News:

“Die Algorithmen basieren auf einem Modell des menschlichen Stoffwechsels, das Daten aus der kontinuierlichen Blutzuckermessung, der vergangenen Insulinverabreichung und möglicherweise anderen verfügbaren Signalen verwendet, um Muster von Blutzuckerschwankungen zu erkennen und vorherzusagen, wo sich der Blutzucker des Patienten befindet.

Dann liefert der Algorithmus Insulin basierend auf vorhergesagten Glukosewerten. Besonderes Augenmerk wird auf die Vorhersage und Minderung der Hypoglykämie gelegt – ein separater Algorithmus (wir nennen ihn Sicherheitsüberwachungssystem) ist speziell darauf abgestimmt, und er ist für diese Aufgabe sehr gut geeignet.”