人工膵臓：糖尿病治療のためのゲームチェンジャー？

1型糖尿病の治療における医療革新は、人工膵臓の発明と試験で大きな飛躍を遂げています。このアルゴリズムベースのスマートフォンデバイスは糖尿病患者の生活をより良く変えることができますか？

疾病管理予防センター（CDC）によると、アメリカ人約10人に1人に糖尿病があります。これらのうち、約5％が1型糖尿病患者であり、これは150万人のアメリカ人に相当する。

1型糖尿病の治療は非常に有効ですが、比較的厄介な試練です。患者は定期的に血液を採取し、グルコースレベルをチェックし、適切な量のインスリンを注入する必要がある。

現在の介入は、人為的ミスのために望ましくない機会を残す。彼らはまた、かなり不愉快で不便です。より良い治療のための狩猟は進行中です。

そのような改善の1つは、いわゆる人工膵臓である。人工膵臓の考え方は何十年にもわたって議論されてきましたが、最近では潜在的に実行可能な選択肢になっています。

バージニア大学医学部のBoris Kovatchevと彼のチームによって設計されたこの医療革新は、何百万という人生をより良いものに変える可能性を秘めています。

Kovatchevは2006年以来このような装置に取り組んできました。最初は、グルコースレベルを監視し、インスリンを適切に投与できるこのタイプの閉ループシステムは不可能であると考えられていました。

人工膵臓のアイデアは、科学界からの懐疑的な見方で満たされましたが、ありがたいことに、Kovatchevはひどく続きました。

「それは可能であるだけでなく、スマートフォンでも実行できることを示している」

1型糖尿病とは何ですか？

インスリンは、通常、血糖が使用される体内への血液からのグルコースの吸収を促進する。 1型糖尿病は、膵臓が十分なインスリンを製造しなくなったときに起こります。

2型糖尿病は、ほとんどの場合、食生活不良や運動不足などの生活習慣の選択によって引き起こされます。しかし、1型糖尿病は、生活習慣とは無関係です。インスリンを産生する膵臓内のβ細胞は、不適切な免疫系応答によって攻撃され、身体のニーズには不十分なものとなる。

生化学のこの不足を補うために、患者は頻繁に指を刺し、血液サンプルを採取し、グルコースレベルを測定し、バランスを是正するためにインスリンを注射しなければならない。この定期的なリグマロールは、血糖値を健全な範囲内に保つために必要です。

不便さと不快感を除けば、人間のやりとりに依存しているものと同様に、エラーの可能性があります。上昇したグルコースレベルは、経時的に腎臓、神経、目および血管に損傷を与える可能性がある。スペクトルの反対側では、低グルコース、すなわち「hypos」は、極端な状況では、昏睡または死につながる可能性があります。

ユーザーエラーの可能性を排除するものは、明白なメリットがあります。

人工膵臓のしくみ

コバチェフの人工膵臓は、糖尿病の血糖値の閉ループ制御とも呼ばれ、自己投薬に現在必要な人間の相互作用の多くを取り除きます。

システムの中央ハブは、再構成されたスマートフォン上で動作するInControlというプラットフォームを使用します。このハンドヘルドデバイスは、血糖モニタ、インスリンポンプ、および遠隔モニタリングサイトにワイヤレスでリンクされています。血糖モニタは5分ごとに血中のグルコースレベルを取得し、その値をInControlデバイスに配信します。

この装置はアルゴリズムによって制御され、患者が一滴の血液をこぼさなくても細かい針を通して正しい量のインスリンを投与する。

アルゴリズムは実際のイノベーションがどこに来るかを示しています。インスリンがどれくらい必要なのかを2番目に推測するように設計されています。特定の瞬間に血中濃度に単純に反応するだけでは不十分であり、グルコースのスパイクを予測し、変化を先取りして個々のインスリン感受性に適応させる必要があります。これはいい意味ではありません。

人間の膵臓はこれらの計算を容易に行うことができるが、実際には膵臓が困難な作業であることを可能にするように設計することができる。

アルゴリズムについて尋ねられたとき、Kovatchevは言った：

このアルゴリズムは、連続的なグルコースモニタリング、過去のインスリン送達、および可能であれば他の利用可能なシグナルからのデータを使用して、血糖変動のパターンを認識し、患者の血糖値がどこにあるかを予測する、ヒト代謝システムのモデルに基づいている。

次にアルゴリズムは、予測されたグルコース値に基づいてインスリンを送達する。低血糖症の予測と緩和には特別な注意が払われています。別のアルゴリズム（私たちはそれを安全監視システムと呼んでいます）が特に調整されています。

彼は安全システムが最もテストされたアルゴリズムだと教えてくれました。それは長年使用されてきました。

Kovatchevはさらに、以下のビデオで人工膵臓がどのように機能するかを説明します：

画期的なオルガンを試す

糖尿病と消化器および腎臓病の国立研究所は、この重要な研究を1260万ドルで支援しています。

人工膵臓は、米国とヨーロッパの9か所で最終試験が開始されています。第1段階では、1型糖尿病の240人の患者が、このシステムを6ヶ月間試用する。 2回目の試行では、第1相からの180人の患者がさらに6ヶ月間システムを装着することになる。

バージニア州シャーロッツビルのTypeZero Technologiesと共同で設計されたこのシステムは、標準的なインスリンポンプと、血糖値の管理方法、低血糖または低血糖のリスクの低減の2つの主要な基準と比較されます。

Kovatchevは、人工膵臓のための彼の目標について説明します：

「最終的に糖尿病の最適治療法として成功するためには、人工膵臓は、患者の自然環境における長期の中枢的治験において、その安全性と有効性を証明する必要があります。

私たちの第一の目標は、新しい糖尿病治療のパラダイムを確立することです。人工膵臓は単機能のデバイスではありません。デジタル処理エコシステムで患者を取り巻く、適応可能で着用可能なネットワークです」

地平線のさらなる改善

このイノベーションは、何百万人もの人々に巨大かつ肯定的な違いをもたらすように設定されています。それは、手動でインスリンレベルを制御する負担を軽減することによって、1型糖尿病患者の生活を改善することを目指しています。さらに、アルゴリズムのおかげで、人工膵臓は血中グルコースをより生理学的に正常なレベルに保つべきである。

もちろん、すべての医学の進歩は、それを目指す新しい視野のセットをもたらします。 Kovatchevに、人工膵臓の下にさらに進んでいこうとする適応や改善があるかどうかを尋ねました。

「マルチシグナルおよびマルチホルモンシステムは、心拍数やモーションセンシング、アミリンなどの追加ホルモンなどの追加シグナルを使用するために検討されており、これらの方向に進化していくものと確信しています。

Kovatchevと共同研究者はすでに、人工膵臓内の他のホルモンの使用を叫んでいる。彼のチームはまた、例えば夜間および/または食事後など、システムが1日の特定の時間に装着する必要があるかどうかを調べています。

人工膵臓は強さから強さに向かいそうです。現在調査中の他の技術と併せて、糖尿病は間もなく急いで退院するでしょう。インスリン分泌細胞を糖尿病患者に移植する可能性についての研究を行った。