Σήμερα, οι αλγόριθμοι παντού γνωρίζουν τις ανάγκες ενός ατόμου και προσαρμόζουν ανάλογα τις εμπειρίες. Μουσικές υπηρεσίες προσαρμοσμένες στις λίστες αναπαραγωγής. Οι λιανοπωλητές προσφέρουν συγκεκριμένες προτάσεις προϊόντων. Οι πλατφόρμες κοινωνικών μέσων υπολογίζουν συνεχώς το επόμενο καλύτερο περιεχόμενο για προβολή σε πραγματικό χρόνο.
σχετικό περιεχόμενο
- Μια συσκευή παρακολούθησης αίματος εμπνευσμένη από τα κουνούπια
Ο βιοϊατρικός μηχανικός του Πανεπιστημίου της Βοστώνης Edward Damiano και οι συνεργάτες του, συμπεριλαμβανομένου του ανώτερου ερευνητή Firas El-Khatib, χρησιμοποίησαν παρόμοια λογική για να αντιμετωπίσουν μια ιατρική πρόκληση: πώς ρυθμίζουν αυτόματα τα επίπεδα ινσουλίνης και γλυκαγόνης σε ασθενείς με διαβήτη τύπου 1, σε πραγματικό χρόνο.
Η ομάδα αναπτύσσει και δοκιμάζει, με μια ομάδα στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης, μια συσκευή που ονομάζεται βιονικό πάγκρεας. Ενώ το όνομα μπορεί να δημιουργήσει οράματα του Iron Man και super-bots, το πραγματικό προϊόν είναι μια προσαρμογή των κοινών εργαλείων που ήδη χρησιμοποιούν πολλοί ασθενείς τύπου 1 διαβήτη.
Επί του παρόντος, οι ασθενείς φορούν εξωτερικές αντλίες ινσουλίνης, συχνά στις κοιλιακές τους κοιλότητες. Η φορητή αντλία παρέχει την ινσουλίνη στους χρήστες της μέσω ενός καθετήρα ή πλαστικού σωλήνα τοποθετημένου κάτω από το δέρμα των κοιλιών τους, αλλά πρέπει να ελέγχεται τακτικά για να βεβαιωθείτε ότι το κάνει με τα σωστά ποσοστά. Μαζί, η αντλία, ο καθετήρας και μια χαλύβδινη ή Teflon βελόνα που πηγαίνει κάτω από το δέρμα συνθέτουν αυτό που ονομάζεται "σετ έγχυσης". Οι ασθενείς βασίζονται επίσης σε συνεχείς αισθητήρες γλυκόζης. Ο μικροσκοπικός αισθητήρας εισάγεται κάτω από το δέρμα μαζί με τον πομπό του, όπως και η αντλία, και συγκρατείται στη θέση του με συγκολλητική ουσία τύπου Band-Aid. Παρακολουθεί τα ποσοστά γλυκόζης και μεταδίδει αυτές τις πληροφορίες σε μια εξωτερική συσκευή χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό σήμα. Αυτή τη στιγμή, οι ασθενείς πρέπει επίσης να παρακολουθήσουν με μη αυτόματο τρόπο τις πληροφορίες που παρέχει ο αισθητήρας.
Το βιονικό πάγκρεας χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο ελέγχου για τη σύνδεση αυτών των δύο τεμαχίων. Λειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ του συνεχούς αισθητήρα γλυκόζης και της αντλίας, αποκτώντας τη συνεχή ανάγκη να ελέγχει κανείς από αυτούς.
Πώς λειτουργεί: ο αισθητήρας συλλέγει το σάκχαρο αίματος ενός ατόμου και στέλνει τα δεδομένα σε ένα smartphone. Ο αλγόριθμος ελέγχου, ο οποίος λειτουργεί στο smartphone, χρησιμοποιεί τα δεδομένα που μόλις έλαβε για να προσδιορίσει τις ανάγκες του ασθενούς για ινσουλίνη και γλυκαγόνη. Το smartphone χρησιμοποιεί ένα σήμα Bluetooth για την αποστολή αυτών των πληροφοριών σε δύο αντλίες που φορά ο ασθενής, μία για την ινσουλίνη και μία για το γλυκαγόνη, οι οποίες στη συνέχεια χορηγούν τις απαραίτητες ποσότητες από κάθε μία.
Χρησιμοποιώντας ένα σήμα Bluetooth, ένα smartphone επικοινωνεί με δύο αντλίες, μία για την ινσουλίνη και μία για το glucagon. (Ομάδα Bionic Pancreas) Ο αλγόριθμος
Η ραχοκοκαλιά της συσκευής είναι ο αλγόριθμος ελέγχου που ο Damiano και η ομάδα του έχουν επινοήσει. Αρχίζει να γνωρίζει μερικές βασικές παραμέτρους για τους ασθενείς - την ηλικία τους, το βάρος τους και, κυρίως, τη σύνθεση του σακχάρου στο αίμα και πώς αλλάζει. Μόλις έχει αυτή την πληροφορία, ο αλγόριθμος κάνει μια ακριβή σύσταση, κάθε πέντε λεπτά, 24 ώρες την ημέρα, για συνολικά 288 βασικές ημερήσιες αποφάσεις, σχετικά με το πόση ινσουλίνη ή γλυκαγόνη οι αντλίες τους θα έπρεπε να απελευθερώσουν στο αίμα ενός ασθενούς.
«Είμαστε ενθουσιασμένοι για την ανάπτυξη μιας προσέγγισης που μπορεί να μειώσει το βάρος του διαβήτη», λέει ο Steven Russell, κύριος ερευνητής της κλινικής ομάδας.
Οι διαβητικοί χρειάζονται ενέσεις ινσουλίνης όταν το σάκχαρο του αίματός τους είναι υπερβολικά υψηλό και το γλυκογόνο όταν είναι πολύ χαμηλό, για να αποτρέψει καταστάσεις όπως η υπεργλυκαιμία και η υπογλυκαιμία. Το σύνδρομο «νεκρό στο κρεβάτι» είναι μια σπάνια, αλλά αιφνίδια, θανατηφόρος διακύμανση του σακχάρου στο αίμα που μπορεί να εμφανιστεί, ενώ ένας νεαρός με διαβήτη τύπου 1 κοιμάται. Επί του παρόντος, οι ασθενείς με διαβήτη πρέπει να παρακολουθούν με συνέπεια και με το χέρι το σάκχαρο του αίματός τους για να εξασφαλίσουν ότι δεν θα ακουμπούν ή θα πέφτουν σε επικίνδυνα επίπεδα. Σύμφωνα με τον Saleh Adi, ιδρυτή και διευθυντή της κλινικής Madison για τον παιδιατρικό διαβήτη στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Φρανσίσκο, ο μέσος ασθενής ελέγχει το σακχάρου του αίματος μεταξύ 4 και 10 φορές ημερησίως.
Καθημερινή ζωή με βιονικό πάγκρεας
Όπως είναι σήμερα, ο χρήστης πρέπει να βαθμονομεί το βιονικό πάγκρεας δύο φορές την ημέρα, τρατώντας ένα δείκτη και παρέχοντας μια σταγόνα αίματος για να επικοινωνήσει τα επίπεδα γλυκόζης πριν το πρωινό και το δείπνο. Αυτές οι τιμές χρησιμοποιούνται ως σημεία αναφοράς. Ένας φορέας μπορεί επίσης να ανακοινώσει τα γεύματα, προειδοποιώντας τη συσκευή για τις επερχόμενες αλλαγές στο σάκχαρο του αίματος. Καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας, το σύστημα θα στοχεύει στο να προσελκύσει τον ασθενή όσο το δυνατόν πιο κοντά στο επίπεδο της γλυκόζης στο στόχο του. Οι χρήστες πρέπει να αντικαταστήσουν καθημερινά τα προϊόντα γλυκαγόνης και ινσουλίνης, επαναφορτίζοντας τις δεξαμενές στις αντλίες τους, παρόλο που η ομάδα ελπίζει ότι αυτό θα γίνει λιγότερο συχνές καθώς γίνονται περισσότερες επιστημονικές εξελίξεις στον τομέα. Ο τελικός στόχος είναι να αναπτυχθεί ένα βιονικό πάγκρεας που να μπορεί να λειτουργεί εντελώς αυτόνομα.
"Καθώς συνεχίζετε να αλλάζετε σε ημερήσια κλίμακα, αυτό το πράγμα θα συνεχίσει να προσαρμόζεται μαζί σας σε ένα χρονοδιάγραμμα που είναι σχετικό", λέει ο Damiano.
Αυτό το σύστημα είναι ένα από τα πρώτα που κατάφερε να χορηγήσει τόσο ινσουλίνη όσο και γλυκαγόνη. Προηγούμενες εκδόσεις από την ομάδα μαζί με άλλες συσκευές του Πανεπιστημίου του Cambridge, UC Santa Barbara και του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια ήταν μόνο σε θέση να παρέχουν την ινσουλίνη λόγω του πόσο ασταθές γλυκαγόνη είναι σε διάλυμα.
Μια προσωπική αιτία
Ο 15χρονος γιος του Damiano, David, έχει διαβήτη τύπου 1. Η διάγνωσή του, ως βρέφος, είναι αυτό που ενέπνευσε τον Damiano να δημιουργήσει αυτή τη συσκευή.
"Όταν ο γιος μου ήταν περίπου ένα έτος, μου φάνηκε ότι μπορεί να υπάρξει ένας τρόπος που θα μπορούσα να παίξω κάποιο ρόλο στη βελτίωση της φροντίδας του", λέει ο Damiano, ο οποίος δούλευε σε ένα μαθηματικό μοντέλο ροής αίματος στο σώμα.
Η δουλειά του με τον El-Khatib στο βιονικό πάγκρεας άρχισε το 2001, μια εποχή που η τεχνολογία που απαιτούσε ήταν ακόμα υπό ανάπτυξη. Μια αντλία ινσουλίνης υπήρχε ήδη, αλλά ένας συνεχής αισθητήρας γλυκόζης που μπορούσε να ανιχνεύσει τα επίπεδα σακχάρου στο δέρμα μόλις αναδύθηκε. Ο Damiano επικεντρώθηκε στο κομμάτι που ήξερε ότι θα μπορούσε να αλλάξει. "Το εργαστήριό μου πήρε τα μυαλά του συστήματος", λέει.
Ενώ η ομάδα του εργάζεται σε αυτή την πτυχή της συσκευής, υπήρξαν ταυτόχρονες εξελίξεις στους αισθητήρες και άλλα στοιχεία που απαιτούνται για να καταστεί αυτή η εφεύρεση εφικτή. Εταιρείες όπως η Dexcom και η Medtronic έχουν βελτιωμένους αισθητήρες που παρακολουθούν συνεχώς το σάκχαρο του αίματος. Ο Yash Sabharwal και η ομάδα του στη Xeris Pharmaceuticals έχουν αναπτύξει έναν τρόπο σταθεροποίησης της γλυκαγόνης σε διάλυμα.
"Ένα τεχνητό πάγκρεας με ινσουλίνη μόνο είναι σαν να προσπαθείτε να οδηγήσετε ένα αυτοκίνητο όπου έχετε επιταχυντή και όχι φρένο", λέει ο Sabharwal, διευθύνων σύμβουλος της Xeris Pharmaceuticals. «Έχουμε αναπτύξει ένα σκεύασμα γλυκαγόνης που μπορεί να είναι σταθερό για δύο χρόνια, σε σύγκριση με την τρέχουσα λύση που πρέπει να αναμειχθεί σε πραγματικό χρόνο».
Δοκιμή της συσκευής
Το 2004, αφού έφυγε από το Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις για καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Βοστώνης, ο Damiano άρχισε να δοκιμάζει τον αλγόριθμό του ελέγχου στους διαβητικούς χοίρους. Μετράει με ακρίβεια πώς θα μπορούσε να παρακολουθήσει τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα και να συστήσει τις σωστές δόσεις ινσουλίνης ή γλυκαγόνης.
Μετά από κάποια θετικά αποτελέσματα, ο Damiano συναντήθηκε με τον Ράσελ το 2006 και μαζί έλαβαν έγκριση από την FDA για την πρώτη τους ανθρώπινη μελέτη. Έχουν κάνει κλινικές δοκιμές από τότε, συμπεριλαμβανομένων μερικών που δοκιμάζουν τη συσκευή σε ενήλικες στο σπίτι και παιδιά στο καλοκαιρινό στρατόπεδο.
Ένας από τους κατασκηνωτές που έλεγξαν το βιονικό πάγκρεας πέρυσι κατέχει το smartphone, που τρέχει τον αλγόριθμο. (Ομάδα Bionic Pancreas) Η ομάδα έχει τη δυνατότητα να μελετήσει πώς λειτουργεί η συσκευή και προσαρμόζεται σε έναν ενεργό τρόπο ζωής, επιτρέποντας στους συμμετέχοντες στη δοκιμασία να "είναι οι ίδιοι" και να δοκιμάζουν τακτικές ρουτίνες, τρόφιμα και ασκήσεις. Ενώ το έκαναν, βρήκαν ότι το βιονικό πάγκρεας είναι πιο αποτελεσματικό από ένα σύστημα αντλίας που χειρίζεται χειροκίνητα.
«Έχουμε πάει να τρέχουμε τον αλγόριθμο σε ένα φορητό υπολογιστή με χοίρους για να το τρέχουμε σε ένα φορητό υπολογιστή με ανθρώπους για να το τρέχουμε σε ένα iPhone, έτσι ώστε οι άνθρωποι να το μεταφέρουν μαζί τους», λέει ο Damiano.
Κατασκηνωτές που χρησιμοποιούν το βιονικό πάγκρεας κατά τη διάρκεια μιας από τις δοκιμές, με τον κύριο κλινικό ερευνητή Στίβεν Ράσελ. (Λίβελλος) Ο Damiano και ο Russell θα διεξάγουν δοκιμές με το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης, το Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης, το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας στο Chapel Hill μέχρι το 2017. Μια μελέτη το 2016 θα εξετάσει την επίδραση της χρήσης βιονικού παγκρέατος σε ασθενείς κατά τη διάρκεια ενός έτος.
«Στις κλινικές μας δοκιμές, υπάρχουν όλα τα είδη προβλημάτων που συμβαίνουν, επειδή είναι ένα μηχανικό μάσκα», λέει ο Damiano, αναφέροντας τους αισθητήρες που χρονοτριβούν, τα άδεια φυσίγγια ινσουλίνης και τις κακές συνδέσεις μεταξύ των διαφόρων τμημάτων. Συναγερμοί για την προειδοποίηση του χρήστη όταν υπάρχουν δυσλειτουργίες για την άμβλυνση αυτών των ζητημάτων, αλλά η ομάδα ψάχνει τρόπους για να τους αποτρέψει.
Το επόμενο βήμα: μια πλήρως ολοκληρωμένη συσκευή
Ο Damiano προσπαθεί να έχει μια πλήρως ενσωματωμένη συσκευή - μια ενιαία μονάδα μεγέθους ενός iPhone 5 με αντλία ινσουλίνης, αντλία γλυκογόνου, αισθητήρα και δέκτη σε μια μπαταρία έτοιμη για έγχυση, έτοιμη εγκαίρως για την αναχώρησή του για το κολλέγιο το 2018.
Ο διαβήτης τύπου 1 ζητάει ένα μοναδικό ποσό ανθρώπων. Δεν μπορώ να σκεφτώ κάποια άλλη ασθένεια όπου παραδίδουμε το φάρμακο στον ασθενή και λέμε: «Εσείς αποφασίζετε πόσο να πάρετε», λέει ο Russell. «Έχουμε την ευκαιρία να αλλάξουμε το πρότυπο της φροντίδας του διαβήτη».
«Οι άνθρωποι σήμερα διαχειρίζονται το σάκχαρο στο αίμα τους στο σκοτάδι», λέει ο Damiano.
Βοηθώντας εκείνους με διαβήτη τύπου 1 είναι η πρώτη προτεραιότητα του Damiano, αλλά ευτυχώς, λέει, η δουλειά της ομάδας του θα συμβεί για τους ασθενείς με διαβήτη τύπου 2 και στη συνέχεια θα βελτιώσει την ακρίβεια των στάσεων ινσουλίνης που χρησιμοποιούνται σε νοσοκομειακές ρυθμίσεις.
Όταν είναι διαθέσιμο ένα πλήρως λειτουργικό βιονικό πάγκρεας, οι ασθενείς με διαβήτη τύπου 1 και οι γονείς των παιδιών με την πάθηση δεν θα πρέπει να σκέφτονται για το σακχάρου στο αίμα κάθε δευτερόλεπτο.
"Αν ένα πεντάχρονο τρέχει 100 μέτρα, ίσως χρειαστεί να προσαρμόσετε την ινσουλίνη του", λέει ο Adi. "Αν μπορούμε να πάρουμε όλα αυτά μακριά, μπορούμε να αποκαταστήσουμε τον αυθορμητισμό."
