Danes algoritmi povsod spoznajo človekove potrebe in temu primerno prilagodijo izkušnje. Glasbene storitve prilagodijo sezname predvajanja. Trgovci na drobno ponujajo posebna priporočila za izdelke. Platforme družabnih medijev nenehno izračunajo naslednjo najboljšo vsebino, ki bo prikazana v realnem času.
Sorodne vsebine
- Naprava za spremljanje krvi, ki so jo navdihnili komarji
Biomedicinski inženir z univerze v Bostonu Edward Damiano in njegovi sodelavci, vključno z višjim raziskovalcem Firas El-Khatib, so uporabili podobno logiko za reševanje medicinskega izziva: kako samodejno uravnati raven insulina in glukagona pri sladkornih bolnikih tipa 1 v realnem času.
Ekipa razvija in testira, s skupino v Splošni bolnišnici Massachusetts, napravo, imenovano bionično trebušno slinavko. Čeprav lahko ime pričara vizije o Iron Manu in superboti, je dejanski izdelek prilagoditev običajnih orodij, ki jih že uporabljajo številni bolniki s sladkorno boleznijo tipa 1.
Trenutno pacienti nosijo zunanje inzulinske črpalke, pogosto na trebuhu. Prenosna črpalka svojim uporabnikom dobavlja inzulin s katetrom ali plastično cevjo, vstavljeno pod kožo trebuha, vendar jo je treba redno preverjati, da se prepričajte, da to počnete po pravih cenah. Črpalka, kateter in jeklena ali teflonska igla, ki gre pod kožo, tvorijo tako imenovani "infuzijski komplet." Bolniki se zanašajo tudi na kontinuirne senzorje glukoze. Drobni senzor je vstavljen pod kožo skupaj z oddajnikom, podobno kot črpalka, in ga drži na mestu z lepilom, podobnim Band-Aidu. Spremlja stopnje glukoze in te informacije posreduje zunanji napravi z uporabo električnega signala. Trenutno morajo pacienti tudi ročno slediti informacijam, ki jih daje senzor.
Bionska trebušna slinavka uporablja krmilni algoritem za povezavo teh dveh kosov. Deluje kot most med neprekinjenim senzorjem glukoze in črpalko, pri čemer je treba stalno preverjati katerega koli od njih.
Kako deluje: senzor zajame posameznikov krvni sladkor in te podatke pošlje v pametni telefon. Algoritem krmiljenja, ki deluje na pametnem telefonu, uporablja podatke, ki jih je pravkar prejel, za določitev bolnikovih potreb po insulinu in glukagonu. Pametni telefon uporablja Bluetooth signal za pošiljanje teh informacij na dve črpalki, ki jih bolnik nosi, eno za inzulin in drugo za glukagon, ki nato daje potrebno količino vsake.
S pomočjo signala Bluetooth pametni telefon komunicira z dvema črpalkama, eno za inzulin in drugo za glukagon. (Ekipa Bionic trebušne slinavke) Algoritem
Hrbtenico naprave predstavlja nadzorni algoritem, ki ga je oblikoval Damiano in njegova ekipa. Začne se tako, da spoznamo nekaj ključnih parametrov o pacientih - njihovo starost, njihovo težo in, kar je najpomembneje, sestavo krvnega sladkorja in njegovo spreminjanje. Ko ima te podatke, algoritem na vsakih pet minut, 24 ur na dan, natančno priporoči skupno 288 ključnih odločitev o tem, koliko inzulina ali glukagona naj črpalke sprostijo v pacientov krvni obtok.
"Navdušeni smo nad razvojem pristopa, ki lahko zmanjša breme sladkorne bolezni, " pravi Steven Russell, glavni preiskovalec klinične ekipe.
Diabetiki potrebujejo injekcije insulina, kadar je njihov krvni sladkor previsok, glukagona pa, ko je prenizka, da preprečijo stanja, kot sta hiperglikemija in hipoglikemija. Sindrom mrtvega v postelji je redko, a nenadno, usodno nihanje krvnega sladkorja, ki se lahko pojavi, medtem ko mladi človek s sladkorno boleznijo tipa 1 spi. Trenutno morajo bolniki s sladkorno boleznijo dosledno in ročno spremljati krvni sladkor, da se prepričajo, da se ta ne bo povzpel ali spustil na nevarne ravni. Po besedah Saleh Adi, ustanovitelja in direktorja klinike za otroško sladkorno bolezen v Madisonu na kalifornijski univerzi v San Franciscu, povprečni pacient preveri svoj krvni sladkor med 4 do 10-krat na dan.
Vsakodnevno življenje z bionično trebušno slinavko
Kot je danes, mora uporabnik dvakrat na dan umeriti bionično trebušno slinavko, tako da zbrizga kazalec in kapljici krvi sporoči raven glukoze pred zajtrkom in večerjo. Te vrednosti se uporabljajo kot referenčne točke. Uporabnik lahko napove tudi obroke, ki opozorijo na prihajajoče spremembe krvnega sladkorja. Čez cel dan bo sistem namenjen temu, da se pacient čim bolj približa ciljni ravni glukoze. Uporabniki morajo vsak dan nadomeščati zaloge glukagona in insulina z napolnjenjem rezervoarjev v svojih črpalkah, čeprav ekipa upa, da bo to postalo manj pogosto, saj je na tem področju dosežen več znanstvenega napredka. Končni cilj je razviti bionično trebušno slinavko, ki lahko deluje popolnoma samostojno.
"Ko boste še naprej spreminjali vsakodnevno časovno lestvico, se bo ta stvar še naprej prilagajala vaši časovni lestvici, ki je ustrezna, " pravi Damiano.
Ta sistem je eden prvih, ki so mu lahko dajali inzulin in glukagon. Prejšnje različice ekipe, skupaj z drugimi napravami Univerze Cambridge, UC Santa Barbara in Univerze v Virginiji, so lahko zagotovile inzulin samo zaradi tega, kako nestabilen glukagon je v raztopini.
Osebni vzrok
15-letni sin Damiano David ima sladkorno bolezen tipa 1. Njegova diagnoza kot dojenček je tisto, kar je navdihnilo Damiano, da je ustvaril to napravo.
"Ko je bil moj sin star približno eno leto, mi je padlo na pamet, da lahko na kakšen način igram vlogo pri izboljšanju njegove oskrbe, " pravi Damiano, ki je delal na matematičnem modelu pretoka krvi v telesu.
Njegovo delo z El-Khatibom na bionski trebušni slinavki se je začelo leta 2001, čas, ko je bila tehnologija, ki jo je potreboval, še v razvoju. Inzulinska črpalka je že obstajala, vendar se je ravno pojavil neprekinjeni senzor glukoze, ki bi lahko zaznal raven sladkorja v krvi pod kožo. Damiano se je osredotočil na komad, za katerega je vedel, da se lahko spremeni. "Moj laboratorij je prevzel pametne sisteme, " pravi.
Medtem ko je njegova ekipa delala na tem vidiku naprave, so se senzorji in drugi elementi, ki so potrebni za to izum, sočasno razvijali. Podjetja, vključno z Dexcom in Medtronic, so izpopolnila senzorje, ki nenehno spremljajo krvni sladkor. Yash Sabharwal in njegova ekipa podjetja Xeris Pharmaceuticals so razvili način za stabilizacijo glukagona v raztopini.
"Umetna trebušna slinavka samo z insulinom je podobna poskusu vožnje z avtomobilom, kjer imate plin in ne zavirate, " pravi Sabharwal, glavni operativni direktor Xeris Pharmaceuticals. "Razvili smo formulacijo glukagona, ki je lahko stabilna dve leti v primerjavi s trenutno raztopino, ki jo je treba mešati v realnem času."
Testiranje naprave
Leta 2004, ko je zapustil Univerzo v Illinoisu zaradi profesorja na bostonski univerzi, je Damiano začel testirati svoj nadzorni algoritem pri sladkornih prašičih. Preveril je, kako natančno lahko ugotovi njihovo raven sladkorja v krvi, in priporočil prave odmerke insulina ali glukagona.
Po nekaj pozitivnih rezultatih se je Damiano leta 2006 srečal z Russellom in skupaj so pridobili dovoljenje FDA za svojo prvo študijo na ljudeh. Od takrat izvajajo klinična preskušanja, vključno z nekaterimi, ki napravo preizkušajo na odraslih doma in na otroških poletnih kampih.
Eden od taboriščnikov, ki je lani testiral bionično trebušno slinavko, drži pametni telefon, ki vodi algoritem. (Ekipa Bionic trebušne slinavke) Skupina je lahko preučila, kako naprava deluje in se prilagaja aktivnemu življenjskemu slogu, tako da je udeležencem poskusov omogočila, da so "sami" in izkusili redne rutine, hrano in vaje. Medtem so ugotovili, da je bionična trebušna slinavka učinkovitejša od črpalnega sistema, ki se upravlja ročno.
"Od algoritma na prenosnem računalniku s prašiči smo prešli na prenosni računalnik z ljudmi, da bi ga poganjali na iPhone, da bi ga ljudje lahko nosili s seboj, " pravi Damiano.
Kamperji, ki so v enem od preskušanj uporabljali bionično trebušno slinavko, je vodil glavni klinični preiskovalec Steven Russell. (DiaTribe) Damiano in Russell bosta izvedla preizkuse z Univerzo v Massachusettsu, Splošno bolnišnico Massachusetts, Univerzo Stanford in Univerzo v Severni Karolini na Chapel Hillu do leta 2017. Študija v letu 2016 bo proučila vpliv uporabe bionske trebušne slinavke na paciente leto.
"V naših kliničnih preskušanjih se pojavljajo vse vrste napak, saj gre za mehansko kontracepcijo, " pravi Damiano, ki navaja časovnice, ki so potekle, prazne kartuše z insulinom in slabe povezave med različnimi deli. Alarmi, ki uporabnika opozorijo, da je prišlo do okvar, da bi te težave ublažili, vendar ekipa išče načine, kako jih preprečiti.
Naslednji korak: Popolnoma integrirana naprava
Damiano si prizadeva, da bi imel popolnoma integrirano napravo - eno enoto velikosti iPhone 5 z inzulinsko črpalko, črpalko glukagon, senzorjem in sprejemnikom v baterijskem infuzijskem kompletu - pripravljen pravočasno za odhod svojega sina na fakulteto leta 2018.
„Sladkorna bolezen tipa 1 zahteva edinstveno količino ljudi. Ne morem si misliti na nobeno drugo bolezen, kjer bi bolniku predali zdravilo in mu rekli: "Odločili se boste, koliko boste vzeli, " pravi Russell. "Imamo priložnost spremeniti paradigmo skrbi za sladkorno bolezen."
"Ljudje danes upravljajo s krvnim sladkorjem v temi, " pravi Damiano.
Pomoč bolnikom s sladkorno boleznijo tipa 1 je Damianova prva prednostna naloga, vendar upa, da bo delo njegove ekipe koristilo bolnikom s sladkorno boleznijo tipa 2 in pozneje izboljšalo natančnost kapljic insulina, ki se uporabljajo v bolnišnicah.
Ko je na voljo popolnoma delujoča bionska trebušna slinavka, bolnikom s sladkorno boleznijo tipa 1 in staršem otrok s stanjem ne bo treba razmišljati o krvnem sladkorju vsako sekundo.
"Če petletnik teče 100 metrov, boste morda morali prilagoditi njegov inzulin, " pravi Adi. "Če lahko vse to odvzamemo, lahko povrnemo spontanost."
