Արհեստական ենթաստամոքսային գեղձ

Պատմություն

Ինսուլինի ավտոմատացված մատակարարման առաջին համակարգը հայտնի էր որպես Biostator։^[փա՞ստ]

AID համակարգերի դասեր

Ներկայումս հասանելի AID համակարգերը իրենց հնարավորություններով բաժանվում են երեք լայն դասերի։ Առաջին համակարգերը կարող են միայն, ի պատասխան արդեն իսկ ցածր կամ կանխատեսված ցածր գլյուկոզայի, դադարեցնել ինսուլինի մատակարարումը։ Հիբրիդային փակ հանգույց համակարգերը կարող են մոդուլավորել առաքումը և՛ վերև, և՛ ներքև, չնայած օգտվողները դեռ սկսում են ինսուլինի չափաբաժիններ (բոլուսներ) ուտելու համար և սովորաբար «հայտարարում» կամ մուտքագրում են սննդի մասին տեղեկությունները։ Լիովին փակ հանգույցները չեն պահանջում ձեռքով ինսուլինի մատակարարման գործողություններ կամ ուտելու վերաբերյալ հայտարարություններ։

Կանխատեսելի ցածր գլյուկոզայի կասեցում (PLGS)

Կանխատեսվող ցածր գլյուկոզայի կասեցման համակարգերը (PLGS) օգտագործում են մաթեմատիկական մոդել՝ CGM-ի վերջին ցուցանիշերի հիման վրա, արյան շաքարի ապագա մակարդակների կանխատեսման էքստրապոլյացիայի համար։ Սա համակարգին թույլ է տալիս նախքան կանխատեսվող հիպոգլիկեմիկ իրավիճակը, նվազեցնել կամ դադարեցնել ինսուլինի մատակարարումը^[2]։

Հիբրիդային փակ հանգույց (HCL) / Կատարելագործված հիբրիդային փակ հանգույց (AHCL)

Հիբրիդային փակ հանգույց (HCL) համակարգերը հետագայում ընդլայնում են PLGS համակարգերի հնարավորությունները՝ կարգավորելով բազալային ինսուլինի առաքման արագությունը ինչպես վերև, այնպես էլ ներքև՝ ի պատասխան գլյուկոզայի անընդհատ վերահսկումից ստացված արժեքների։ Բազալային ինսուլինի այս մոդուլյացիայի միջոցով համակարգը կարողանում է նվազեցնել ինչպես հիպերգլիկեմիկ, այնպես էլ հիպոգլիկեմիկ իրավիճակների մեծությունն ու տևողությունը։ Օգտվողները ճաշի ժամանակ դեռ ձեռքով պետք է մուտքագրեն բոլուսներ^[3]։ Ընդլայնված հիբրիդային փակ հանգույց համակարգերն ունեն կատարելագործված ալգորիթմներ։

Լիովին փակ օղակ (FCL)

Ամբողջովին կամ լրիվ փակ օղակով (FCL) համակարգերը, առանց օգտագործողների կողմից սննդի ժամանակ ինսուլինի կամ կերակուրների մասին հայտարարություններ պահանջելու, ի պատասխան գլյուկոզայի մակարդակի փոփոխության, կարգավորում են ինսուլինի մատակարարումը^[4]։

Պահանջվող բաղադրիչներ

Ինսուլինի մատակարարման ավտոմատացված համակարգը բաղկացած է երեք aran4in բաղադրիչներից՝ գլյուկոզայի անընդհատ մոնիտոր՝ արյան շաքարի մակարդակը որոշելու համար, պոմպ՝ ինսուլին մատակարարելու համար, և ալգորիթմ, որն օգտագործում է CGM-ի և պոմպի տվյալները՝ ինսուլինի անհրաժեշտ քանակը ճշգրտումնելու համար։

Միացյալ Նահանգներում Սննդամթերքի և դեղերի վարչությունը (FDA) թույլատրում է յուրաքանչյուր բաղադրիչ հաստատել ինքնուրույն, ինչը թույլ է տալիս նորարարությունների հաստատումը և փուլային ներդրումներն ավելի արագ իրականացնել։ Ստորև բերվում է յուրաքանչյուր բաղադրիչի մանրամասն նկարագրությունը։

Գլյուկոզայի շարունակական մոնիտոր (CGM)

Գլյուկոզայի շարունակական մոնիտորները (CGM) կրելի սենսորներ են, որոնք էքստրապոլացնում են հիվանդի արյան մեջ գլյուկոզայի կոնցենտրացիայի գնահատականը՝ հիմնվելով ենթամաշկային ինտերստիցիալ հեղուկում առկա գլյուկոզայի մակարդակի վրա։ Բարակ, կենսահամատեղելի սենսորային մետաղալարը՝ պատված գլյուկոզա-ռեակտիվ ֆերմենտով, տեղադրվում է մաշկի մեջ՝ թույլ տալով համակարգին կարդալ առաջացած լարումը և դրա հիման վրա գնահատել արյան գլյուկոզան։ CGM-ի ամենամեծ առավելությունը մատից արյան գլյուկոզի ավանդական չափման համեմատ այն է, որ CGM-ն կարող է նոր չափումներ կատարել յուրաքանչյուր 60 վայրկյանը մեկ (չնայած մեծամասնությունը չափում է միայն 5 րոպեն մեկ), ինչը թույլ է տալիս նմուշառման հաճախականություն, որը կարող է ապահովել։ ոչ միայն արյան շաքարի ներկայիս մակարդակը, այլ անցյալ չափումների ռեկորդը, անցյալի կարճաժամկետ նմուշների վրա, միտումները դեպի ապագա՝ ցույց տալով հիվանդին, թե ուր է գնում նրա արյան շաքարի հավանական մակարդակը։

Ինսուլինի պոմպ

Ինսուլինի պոմպը ինսուլին է մատակարարում ենթամաշկային ճանապարհով։ Ինսուլինի պոմպի սարքը կարող է պարունակել նաև AID համակարգում օգտագործվող ալգորիթմը, կամ այն կարող է Bluetooth-ի միջոցով միանալ առանձին շարժական սարքի (օրինակ՝ հեռախոսի)՝ տվյալներ ուղարկելու և ինսուլինի կարգավորման հրամաններ ստանալու համար։

Ալգորիթմ

Յուրաքանչյուր AID համակարգի ալգորիթմ տարբեր է։ Առևտրային համակարգերում (տես ստորև), կառավարման ալգորիթմի աշխատանքի մանրամասների մասին քիչ բան է հայտնի։ Բաց կոդով համակարգերում կոդը և ալգորիթմը բաց են։ Ընդհանուր առմամբ, բոլոր ալգորիթմները կատարում են CGM տվյալների ընդունման նույն հիմնական գործառույթը և գլյուկոզայի կանխատեսված մակարդակի և օգտագործողի անձնական պարամետրերի հիման վրա (օրինակ՝ բազալային չափաբաժինների, ինսուլինի նկատմամբ զգայունության և ածխաջրերի հարաբերակցության), առաջարկում են ինսուլինի չափաբաժիններ՝ օգնելու գլյուկոզայի մակարդակը թիրախային միջակայքում պահելու համար։

Կախված համակարգից՝ օգտատերը կարող է հնարավորություն ունենալ կարգավորելու համակարգի թիրախը և այլ տարբեր կարգավորումներ՝ համակարգին խնդրելու ընդհանուր առմամբ ավելացնել կամ պակասեցնել ինսուլինի քանակը։

Կոմերցիոնl

Առևտրային հասանելիությունը տարբեր երկրներում տարբեր է։ MiniMed 670G կամ 780G, Tandem's Control-IQ, Omnipod 5, CamAPS FX և Diabeloop DBLG1 համակարգերը հաստատված են մի շարք երկրներում։^[5]

MiniMed 670G

2016 թվականի սեպտեմբերին FDA-ն հաստատեց Medtronic MiniMed 670G-ը՝ առաջին հիբրիդային փակ հանգույցն էր։ Սարքը ավտոմատ կերպով կարգավորում է հիվանդի բազալային ինսուլինի մատակարարումը։.^[6] Այն կազմված է գլյուկոզայի անընդհատ մոնիտորից, ինսուլինի պոմպից և գլյուկոզամետրից՝ տրամաչափման համար։ Այն, հիմնվելով արյան գլյուկոզի մակարդակի անընդհատ մոնիտորով չափագրման վրա, ավտոմատ կերպով որոշում է ինսուլինի առաքման չափաբաժինը։ Արյան գլյուկոզի տվյալների հիման վրա ալգորիթմը վերլուծում և կատարում է առաքման չափաբաժնի ճշգրտումները^[6]։ Համակարգը երկու ռեժիմ ունի։ Ձեռքով ռեժիմը թույլ է տալիս օգտվողին ընտրել բազալ ինսուլինի մատակարարման արագությունը։ Ավտոմատ ռեժիմը, CGM-ի ցուցումներից ելնելով, յուրաքանչյուր հինգ րոպեն մեկ կարգավորում է ինսուլինի բազալ մակարդակը^[7]։

Tandem Diabetes Care t:Slim X2 with Control IQ

Tandem Diabetes Care t:Slim X2-ը հաստատվել է ԱՄՆ Սննդամթերքի և դեղերի վարչության կողմից 2019 թվականին և առաջին ինսուլինային պոմպն է, որը նշանակվել է որպես այլընտրանքային վերահսկիչով (ACE) ինսուլինի պոմպ։ ACE ինսուլինային պոմպերը օգտվողներին թույլ են տալիս գլյուկոզայի շարունակական մոնիտորները, ինսուլինի ավտոմատացված դոզավորման (AID) համակարգերը և շաքարախտի կառավարման այլ սարքեր ինտեգրել և ստեղծել դիաբետի թերապիայի անհատական համակարգ։ t:slim X2-ի շատ օգտվողներ ինտեգրում են պոմպը Dexcom G6-ի հետ՝ 2018 թվականին FDA-ի կողմից հաստատված շարունակական գլյուկոզայի մոնիտորի հետ։ Դա առաջին CGM-ն է, որը թույլատրվում է օգտագործել ինտեգրված թերապիայի համակարգում։ Սարքը մատներից չափորոշումներ չի պահանջում^[8]։

iLet Bionic Pancreas

2023 թվականի մայիսին FDA-ն հաստատել է iLet Bionic ենթաստամոքսային գեղձի համակարգը 1-ին տիպի շաքարախտով վեց և բարձր տարիքով մարդկանց համար^[3][4]։ Սարքը, ի պատասխան արյան գլյուկոզայի մակարդակի, և՛ ինսուլին, և՛ գլյուկագոն մատակարարելու համար, փակ օղակի համակարգ է օգտագործում։ 4-րդ սերնդի iLet նախատիպը, որը ներկայացվել է 2017 թվականին, iPhone-ի չափսի է և ունի սենսորային ինտերֆեյս։ Այն պարունակում է երկու խցիկ և՛ ինսուլինի, և՛ գլյուկագոնի համար, և սարքը կարգավորելի է միայն մեկ կամ միայն երկու հորմոն մատակարարելու համար^[9]։ 2020 և 2021 թվականներին իրականացվել է I տիպի շաքարային դիաբետի 440 հիվանդի ուսումնասիրություն՝ օգտագործելով միայն ինսուլին էր մատակարարող սարքի կոնֆիգուրացիա։ Սարքի օգտագործումը հանգեցրեց գլյուկոզայի շրջանառության ավելի լավ վերահսկման (շարունակական մոնիտորի չափման միջոցով) և գլիկացված հեմոգլոբինի նվազմանը^[10]։ Այնուամենայնիվ, համեմատած ստանդարտ խնամքի հիվանդների հետ, սարքի օգտագործողների շրջանում, ծանր հիպոգլիկեմիկ դեպքերի հաճախականությունը 1,5 անգամ ավելի բարձր է եղել^[10]։

Ոչ առևտրային

Կան մի քանի ոչ առևտրային, FDA-ի կողմից չհաստատված DIY տարբերակներ^[11][12], որոնք օգտագործվում են բաց կոդով^[13], ներառյալ OpenAPS^[14], Loop^[15], և/կամ AndroidAPS.^[16]

Luna Diabetes

Timesulin-ի, Welldoc-ի, Companion Medical-ի և Bigfoot Biomedical-ի նախկին հիմնադիրները միավորվել են՝ ստեղծելու աշխարհում առաջին ինսուլինի առաքման ավտոմատացված համակարգը նրանց համար, ովքեր ցանկանում են շարունակել օգտագործել ինսուլինային գրիչներ։ Թիմն այն անվանում է Էպիզոդիկ AID։

Արտադրանքի աշխատանքային անվանումն է Luna^[17]։

Inreda AP

Համագործակցելով Ամստերդամի Ակադեմիական բժշկական կենտրոնի հետ՝ Inreda Diabetic B.V.-ն մշակել է ինսուլինով և գլյուկագոնով փակ հանգույց։ Նախաձեռնողը՝ Ռոբին Քուփսը, սկսել է սարքի մշակումը 2004 թվականին և առաջինը փորձարկումել իր վրա։ 2016 թվականի հոկտեմբերին Inreda Diabetic B.V.-ն ստացավ ISO 13485 լիցենզիան, որն առաջին պահանջն էր իր արհեստական ենթաստամոքսային գեղձի արտադրության համար^[18]։ Ապրանքը կոչվեց Inreda AP, և շուտով մի քանի շատ հաջող փորձարկումների ենթարկվեց։ 2020 թվականի փետրվարին, կլինիկական փորձարկումներից հետո այն ստացավ CE մակնիշ, որով հաստատվում է, որ այն համապատասխանում է եվրոպական նորմերին։^[19]

2020 թվականի հոկտեմբերին Menzis առողջության ապահովագրական ընկերությունը և Inreda Diabetic-ը Menzis-ի կողմից ապահովագրված 100 հիվանդների հետ սկսեցին փորձնական ծրագիր։ Բոլոր հիվանդներն արյան գլյուկոզի մակարդակը կարգավորելու շատ լուրջ խնդիրներ ունեին։ Նրանք այժմ ավանդական բուժման փոխարեն օգտագործում են Inreda AP-ն։.^[20] Inreda AP-ի հետ մեկ այլ լայնածավալ փորձարկում իրականացվել է 2021 թվականի հուլիսին, որը պետք է որոշի, արդյոք հոլանդական առողջության ապահովագրությունը իր բոլոր ապահովագրվածների համար պետք է ծածկի սարքի ծախսերը^[21]։ Inreda AP-ի ավելի փոքր, բարելավված տարբերակը նախատեսվում է թողարկել 2023 թվականին։

Բժշկական սարքավորում

Բժշկական սարքավորումների մոտեցումը ենթադրում է գլյուկոզայի անընդհատ մոնիտորի և ինսուլինի իմպլանտացված պոմպի համատեղումը, որը աշխատելով համակարգչով կառավարվող ալգորիթմի հետ կարող է փոխարինել ենթաստամոքսային գեղձի նորմալ գործառույթը^[22][23][24]։ Գլյուկոզայի անընդհատ մոնիտորների զարգացումը հանգեցրել է արհեստական ենթաստամոքսային գեղձի տեխնոլոգիայի առաջընթացի^[25]։

Փակ օղակով համակարգեր

Ի տարբերություն միայնակ շարունակական սենսորի, փակ հանգույցի համակարգը, ի պատասխան մոնիտորի, օգտատիրոջ կողմից տվյալների մուտքագրում չի պահանջում։ Մոնիտոր և ինսուլինի պոմպ համակարգը ցուցումներից ավտոմատ կերպով փոխանցում են հորմոնի ճշգրիտ քանակությունը։ Համակարգն այն է, ինչ կազմում է արհեստական ենթաստամոքսային գեղձի սարքը^[26][27]։

Ընթացիկ ուսումնասիրություններ

2017 թվականից արհեստական ենթաստամոքսային գեղձի տարբեր համակարգերի վերաբերյալ չորս ուսումնասիրություններ են անցկացվում և կշարունակվեն մոտ ապագայում։ Նախագծերը ֆինանսավորվում են Շաքարախտի, մարսողական համակարգի և երիկամների հիվանդությունների ազգային ինստիտուտի կողմից և հանդիսանում են սարքերի փորձարկման եզրափակող մասը՝ մինչ օգտագործման հաստատման համար դիմելը։ Հետազոտության մասնակիցները կարող են սարքերն օգտագործելով ապրել տանը և վերահսկվել հեռակա կարգով^[28]։

Վիրջինիայի համալսարանի հետազոտողների կողմից inControl կոչվող փակ համակարգի, որն ունի սմարթֆոնի ինտերֆեյս, շաքարախտի միջազգային փակ փորձարկում է իրականացվում^[29], 6 ամիս տևող փորձարկմանը 14 տարեկանից բարձր 240 մարդ է մասնակցում^[28]։

2017 թվականի մայիսին մեկնարկել է Քեմբրիջի համալսարանի հետազոտողների կողմից անցկացվող մեկ տարի տևողությամբ փորձարկումը։ Դրան մասնակցել է 6-ից 18 տարեկան մոտ 150 մասնակից^[28]։ Հետազոտվող արհեստական ենթաստամոքսային գեղձի համակարգը օգտագործում է սմարթֆոն և ունի ցածր գլյուկոզայի հատկություն՝ գլյուկոզայի մակարդակի վերահսկումը բարելավելու համար^[30]։

Ֆիզիոլոգիական

Ֆրանսիայում գործող Կենսատեխնիկական Defymed ընկերությունը մշակում է MailPan կոչվող իմպլանտացվող կենսաարհեստական սարք, որը տարբեր տեսակի բջիջներ (ներառյալ ենթաստամոքսային գեղձի բետա բջիջները) պարփակելու համար ունի ընտրովի թափանցելիությամբ կենսահամատեղելի թաղանթ^[31]։ Սարքի իմպլանտացիան համակցված իմունոպրեսիվ թերապիա չի պահանջում, քանի որ թաղանթը թույլ չի տալիս հիվանդի հակամարմինները մտնեն սարք և վնասեն պարուրված բջիջները։ Վիրահատական իմպլանտացիայից հետո մեմբրանային թաղանթը կենսունակ կլինի տարիներ շարունակ։ Սարքում եղած բջիջները կարող են ստացվել ցողունային բջիջներից, այլ ոչ թե մարդկային դոնորներից, և ժամանակի ընթացքում կարող են նաև փոխարինվել օգտագործելով մուտքային և ելքային կապեր՝ առանց վիրահատության^[31][32]։ Defymed-ը մասամբ ֆինանսավորվում է JDRF-ի կողմից, որը նախկինում հայտնի էր որպես Անչափահասների դիաբետի հետազոտման հիմնադրամ, սակայն այժմ այն դիտարկվում է որպես կազմակերպություն ցանկացած տարիքի և 1-ին տիպի շաքարախտի բոլոր փուլերի հիվանդների համար^[33][34]։

2018 թվականի նոյեմբերին հայտարարվեց, որ Defymed-ը կհամագործակցի իսրայելական Kadimastem ցողունային բջիջների վրա հիմնված վերականգնողական թերապիաներ մշակող կենսադեղագործական ընկերության հետ։ Համագործակցության նպատակն էր մոտ 1,47 միլիոն դոլար արժողությամբ երկամյա դրամաշնորհ ստանալ կենսաարհեստական ենթաստամոքսային գեղձի տեխնոլոգիայի զարգացման համար^[31][35]։ Kadimastem-ի ցողունային բջիջների տեխնոլոգիան օգտագործում է մարդու սաղմնային ցողունային բջիջների տարբերակումը ենթաստամոքսային գեղձի էնդոկրին բջիջներ ստանալու համար։ Դրանք ներառում են ինսուլին արտադրող բետա բջիջները, ինչպես նաև ալֆա բջիջները, որոնք արտադրում են գլյուկագոն։ Երկու բջիջներն էլ դասավորվում են կղզյականման կլաստերների մեջ՝ ընդօրինակելով ենթաստամոքսային գեղձի կառուցվածքը^[36]։ Համագործակցության նպատակն է երկու տեխնոլոգիաները համատեղել ենթաստամոքսային գեղձի բիոարհեստական սարքում, որն ազատում է ինսուլինը՝ ի պատասխան արյան գլյուկոզայի մակարդակի, և դա հասցնել մինչև կլինիկական փորձարկման^[31]։

Սան Դիեգոյում, Կալիֆորնիայի կենսատեխնոլոգիական ViaCyte ընկերությունը, նույնպես, 1-ին տիպի շաքարախտի համար մշակել է արտադրանք։ Այն օգտագործում է պարկուճային սարք, որը պատրաստված է կիսաթափանցիկ իմունային ռեակցիայի պաշտպանիչ թաղանթից։ Սարքը պարունակում է ենթաստամոքսային գեղձի պրոգենիտոր բջիջներ, որոնք տարբերակվել են սաղմնային ցողունային բջիջներից։.^[37] Ամբուլատոր պայմաններում վիրահատական իմպլանտացիայից հետո բջիջները հասունանում են էնդոկրին բջիջների, դասավորվում են կղզյակների նման խմբերով և ընդօրինակում են ենթաստամոքսային գեղձի ֆունկցիան՝ արտադրելով ինսուլին և գլյուկագոն^[38][39]։ Տեխնոլոգիան անցել է մինչկլինիկական ուսումնասիրություններից մինչև FDA-ի հաստատումը 1-ին փուլի կլինիկական փորձարկումները՝ 2014 թվականին, իսկ երկու տարվա փորձարկումից տվյալները՝ 2018 թվականի հունիսին^[37]։ Նրանք հայտնել են, որ իրենց արտադրանքը, որը կոչվում է PEC-Encap, մինչ այժմ անվտանգ և թերապևտիկ մակարդակից տ են տարվելցածր չափաբաժինները հեշտ են տարվել հիվանդների կողմից։ Պարուրված բջիջները իմպլանտացիայից հետո կարողացել են գոյատևել և հասունանալ, իսկ իմունային համակարգի մերժումը, պաշտպանիչ թաղանթի շնորհիվ, նվազել է։ Փորձարկման երկրորդ փուլը կգնահատի արտադրանքի արդյունավետությունը^[40]։ ViaCyte-ը այս ծրագրի համար ֆինանսական աջակցություն է ստացել նաև JDRF-ից^[39]։

2006 թվականին Միացյալ Նահանգներում JDRF-ը (նախկինում՝ Անչափահասների շաքարախտի հետազոտման հիմնադրամը) բազմամյա նախաձեռնություն սկսեց՝ օգնելու արագացնել գլյուկոզայի շարունակական մոնիտորինգի և ենթաստամոքսային գեղձի արհեստական տեխնոլոգիաների մշակումը, այն կարգավորող հաստատումը և ընդունումը^[41][42]։

Շաքարախտով հիվանդների համայնքից և նրանց պաշտպաններից լիովին ավտոմատացված արհեստական ենթաստամոքսային գեղձի համակարգի ստեղծման և առևտրայնացման լայնածավալ պահանջներ էին առաջացել^[43]։

2024 թվականի ապրիլին NHS-ը հայտարարեց, որ Անգլիայում, առաջիկա հինգ տարիների ընթացքում, 1-ին տիպի դիաբետով հիվանդներին հիբրիդային փակ հանգույցի օգտագործում կառաջարկի^[44]։