Astăzi, algoritmii de pretutindeni ajung să cunoască nevoile unei persoane și să personalizeze experiențele în consecință. Servicii de muzică personalizate playlist-uri. Retailerii oferă recomandări de produse specifice. Platformele de social media calculează în mod constant următorul cel mai bun conținut care va fi afișat, în timp real.
Continut Asemanator
- Un dispozitiv de monitorizare a sângelui inspirat de țânțari
Inginerul biomedical al Universității Boston, Edward Damiano și colegii săi, inclusiv omul de știință senior de cercetare Firas El-Khatib, au folosit logica similară pentru a face față unei provocări medicale: modul de reglare automată a nivelului de insulină și glucagon la pacienții cu diabet de tip 1, în timp real.
Echipa se dezvoltă și testează, cu un grup la Spitalul General din Massachusetts, un dispozitiv numit pancreas bionic. În timp ce numele poate conjura viziuni despre Iron Man și super-roboți, produsul real este o adaptare a instrumentelor comune pe care mulți pacienți cu diabet zaharat tip 1 le folosesc deja.
În prezent, pacienții poartă pompe de insulină externe, adesea pe abdomenul lor. Pompa portabilă furnizează insulină utilizatorilor săi printr-un cateter sau tub de plastic introdus sub pielea burticelor, dar trebuie verificată în mod regulat pentru a vă asigura că face acest lucru la viteze corecte. Împreună, pompa, cateterul și un ac de oțel sau teflon care merge sub piele alcătuiesc ceea ce se numește "set de perfuzie". De asemenea, pacienții se bazează pe senzori continui de glucoză. Senzorul minuscul este introdus sub piele împreună cu emițătorul său, la fel ca pompa, și este ținut în loc cu un adeziv asemănător cu band-Aid. Monitorizează ratele de glucoză și transmite aceste informații unui dispozitiv extern folosind un semnal electric. În prezent, pacienții trebuie să urmărească manual și informațiile pe care le oferă senzorul.
Pancreasul bionic folosește un algoritm de control pentru a conecta aceste două piese. Acesta acționează ca o punte de legătură între senzorul de glucoză continuu și pompă, scoțând nevoia constantă de a verifica pe oricare dintre ele.
Cum funcționează: senzorul captează glicemia unei persoane și trimite aceste date către un smartphone. Algoritmul de control, care rulează pe smartphone, folosește datele pe care tocmai le-a primit pentru a determina nevoile de insulină și glucagon ale pacientului. Smartphone-ul utilizează un semnal Bluetooth pentru a trimite aceste informații la două pompe pe care le poartă pacientul, una pentru insulină și alta pentru glucagon, care apoi administrează cantitățile necesare fiecăreia.
Folosind un semnal Bluetooth, un smartphone comunică cu două pompe, una pentru insulină și alta pentru glucagon. (Echipa Bionic Pancreas) Algoritmul
Coloana vertebrală a dispozitivului este algoritmul de control pe care Damiano și echipa sa l-au conceput. Începe prin a cunoaște câțiva parametri cheie despre pacienți - vârsta, greutatea și, cel mai important, compoziția zahărului din sânge și modul în care se schimbă. Odată ce are aceste informații, algoritmul face o recomandare precisă, la fiecare cinci minute, 24 de ore pe zi, pentru un număr total de 288 de decizii pivot zilnice, despre câtă insulină sau glucagon trebuie să se elibereze în fluxul sanguin al pacientului.
Suntem incantati de dezvoltarea unei abordari care poate reduce povara diabetului, spune Steven Russell, investigatorul principal al echipei clinice.
Diabeticii au nevoie de injecții de insulină atunci când zahărul din sânge este prea mare și glucagonul când este prea scăzut, pentru a preveni condiții precum hiperglicemia și hipoglicemia. Sindromul „mort în pat” este o fluctuație rară, dar bruscă, fatală a zahărului din sânge, care poate apărea în timp ce un tânăr cu diabet zaharat de tip 1 doarme. În prezent, pacienții cu diabet trebuie să își monitorizeze constant și manual glicemia pentru a se asigura că nu crește sau nu scade la niveluri periculoase. Potrivit lui Saleh Adi, fondator și director al Clinicii Madison pentru diabet pediatric la Universitatea din California, San Francisco, pacientul mediu își verifică glicemia între 4 până la 10 ori pe zi.
Viața de zi cu zi cu o pancreasă bionică
Așa cum este în prezent, un utilizator trebuie să calibreze pancreasul bionic de două ori pe zi, înțepând un deget index și oferind o picătură de sânge pentru a comunica nivelurile de glucoză înainte de micul dejun și cină. Aceste valori sunt utilizate ca puncte de referință. Un purtător poate anunța, de asemenea, mese, prevestind dispozitivul modificărilor viitoare ale glicemiei. Pe tot parcursul zilei, sistemul va urmări să apropie un pacient cât mai aproape de nivelul său de glucoză vizat. Utilizatorii trebuie să-și înlocuiască zilnic consumul de glucagon și insulină prin reumplerea rezervoarelor din pompele lor, deși echipa speră că acest lucru va deveni mai puțin frecvent, pe măsură ce se vor realiza avansuri științifice în domeniu. Scopul final este de a dezvolta un pancreas bionic care este capabil să funcționeze complet autonom.
„Pe măsură ce continuați să schimbați o perioadă de timp zilnică, acest lucru va continua să se adapteze cu dvs. la o perioadă de timp relevantă”, spune Damiano.
Acest sistem este unul dintre primii care a reușit să administreze atât insulină cât și glucagon. Versiunile anterioare ale echipei împreună cu alte dispozitive de la Universitatea Cambridge, UC Santa Barbara și Universitatea din Virginia au fost capabile să furnizeze insulină doar din cauza cât de instabil este soluția de glucagon în soluție.
O cauză personală
Fiul lui Damiano, în vârstă de 15 ani, David, are diabet de tip 1. Diagnosticul său, de copil, este ceea ce l-a inspirat pe Damiano să creeze acest dispozitiv.
„Când fiul meu avea aproximativ un an, mi s-a părut că poate există un mod în care aș putea juca un rol în îmbunătățirea îngrijirii lui”, spune Damiano, care lucra la un model matematic al fluxului de sânge în corp.
Munca sa cu El-Khatib la nivelul pancreasului bionic a început în 2001, o perioadă în care tehnologia necesară era încă în curs de dezvoltare. O pompă de insulină a existat deja, dar un senzor de glucoză continuu care putea detecta nivelul de zahăr din sânge sub piele tocmai apărea. Damiano s-a concentrat asupra piesei pe care știa că o poate schimba. „Laboratorul meu a preluat deștepturile sistemului”, spune el.
În timp ce echipa sa a lucrat la acest aspect al dispozitivului, au existat progrese concomitente în ceea ce privește senzorii și alte elemente necesare pentru ca această invenție să funcționeze. Companii, inclusiv Dexcom și Medtronic, au senzori rafinați care urmăresc continuu glicemia. Yash Sabharwal și echipa sa de la Xeris Pharmaceuticals au dezvoltat o modalitate de a stabiliza glucagonul în soluție.
„Un pancreas artificial cu insulină este ca și cum ai încerca să conduci o mașină unde ai un accelerator și nu ai frână”, spune Sabharwal, directorul de funcționare al Xeris Pharmaceuticals. „Am dezvoltat o formulare de glucagon care poate fi stabilă timp de doi ani, în comparație cu soluția actuală care trebuie amestecată în timp real.”
Testarea dispozitivului
În 2004, după ce a părăsit Universitatea din Illinois pentru o profesie la Boston University, Damiano a început să-și testeze algoritmul de control la porci diabetici. El a măsurat cât de precis ar putea urmări nivelul de zahăr din sânge și a recomandat dozele potrivite de insulină sau glucagon.
După câteva rezultate pozitive, Damiano l-a cunoscut pe Russell în 2006 și împreună au obținut clearance-ul FDA pentru primul lor studiu uman. De atunci au efectuat studii clinice, inclusiv unele care testează dispozitivul la adulți acasă și la copii în tabăra de vară.
Unul dintre cei care au testat pancreasul bionic anul trecut ține smartphone-ul, care rulează algoritmul. (Echipa Bionic Pancreas) Echipa a fost capabilă să studieze modul în care dispozitivul funcționează și se adaptează la un stil de viață activ, permițând participanților la încercare să fie „ei înșiși” și să experimenteze rutine, alimente și exerciții periodice. În timp ce au făcut acest lucru, au descoperit că pancreasul bionic este mai eficient decât un sistem de pompare care este acționat manual.
„Am trecut de la rularea algoritmului pe un laptop cu porci, la alergarea pe un laptop cu oameni, la alergarea pe un iPhone, astfel încât oamenii să-l poată transporta cu ei”, spune Damiano.
Campionarii care folosesc pancreasul bionic în timpul unuia dintre studii, cu investigatorul principal Steven Russell. (Diatribă) Damiano și Russell vor desfășura studii cu Universitatea din Massachusetts, Spitalul General din Massachusetts, Universitatea Stanford și Universitatea din Carolina de Nord la Chapel Hill până în 2017. Un studiu din 2016 va analiza impactul utilizării unui pancreas bionic asupra pacienților pe parcursul unei an.
"În studiile noastre clinice, există tot felul de glitches care se întâmplă, pentru că este o contracție mecanică", spune Damiano, citând temporizările senzorilor, cartușele goale de insulină și conexiunile slabe între diferitele părți. Alarme pentru a avertiza purtătorul atunci când există unele disfuncționalități pentru a atenua aceste probleme, dar echipa caută modalități de a le preveni.
Următorul pas: Un dispozitiv complet integrat
Damiano se străduiește să aibă un dispozitiv complet integrat - o singură unitate de dimensiunea unui iPhone 5 cu o pompă de insulină, o pompă de glucagon, un senzor și un receptor într-un set de perfuzie cu baterie - gata la timp pentru plecarea fiului său în facultate în 2018.
„Diabetul de tip 1 cere o cantitate unică de oameni. Nu mă pot gândi la nicio altă boală în care predăm medicamentul către pacient și spunem: „Tu decizi cât să iei”, spune Russell. „Avem ocazia să schimbăm paradigma îngrijirii diabetului.”
„Oamenii de astăzi își gestionează glicemia în întuneric”, spune Damiano.
Ajutarea celor cu diabet zaharat de tip 1 este prima prioritate a lui Damiano, dar sperăm, spune el, munca echipei sale va veni în beneficiul pacienților cu diabet zaharat de tip 2 și, ulterior, va îmbunătăți precizia scurgerilor de insulină care sunt utilizate în mediul spitalicesc.
Când este disponibil un pancreas bionic care funcționează pe deplin, pacienții cu diabet zaharat de tip 1 și părinții copiilor cu afecțiune nu vor trebui să se gândească la glicemia în fiecare secundă.
„Dacă un copil de cinci ani parcurge 100 de metri, este posibil să fie nevoit să-i reglezi insulina”, spune Adi. „Dacă putem elimina toate acestea, putem restabili spontaneitatea.”
