Projekt DREAM: umělý pankreas se blíží
Specialista na biomedicínu inženýr Eran Atlas působí v Endokrinologickém institutu Jesse Z a Sara Lea Shafer a ve Schneiderově dětském zdravotním centru v Izraeli, kde se jako člen týmu významně podílí na vývoji systému „umělého pankreatu“. Do ČR přijel představit výsledky projektu DREAM a ukázat, že umělá slinivka už není pouhým snem, ale realitou.
Data týkající se výskytu diabetu 1. typu (DM1) jsou znepokojivá, a to především v Evropě, kde je zvyšování počtu nemocných alarmující. Díky klinické studii z roku 1993 už víme, že pokud budeme udržovat hodnotu glykovaného hemoglobinu HbA1c ≤ 7,5 % u pacientů všech věkových skupin, předejdeme specifickým komplikacím, v souvislosti s kontrolou je však třeba pamatovat i na výskyt hypoglykémie,“ zahajuje E. Atlas.
Víme, jak změřit koncentraci glukózy, jakým způsobem máme se získanou informací naložit a následně rozhodnout, jakou dávku inzulinu aplikovat, a regulovat tak koncentraci krevního cukru. Z hlediska biomedicíny nás tedy podle E. Atlase zajímají především tři základní funkce: měření (glukosenzor) – rozhodnutí – aplikace (inzulinová pumpa). Z technického hlediska je třeba vyrobit přístroj, který bude umět zkombinovat tyto tři funkce.
K dispozici jsou glukometry, glukosenzory, které nám podávají informace o glykémii, pracujeme úspěšně s analogy inzulinu, moderní inzulinové pumpy dávkují inzulin podobně jako slinivka břišní, ale chybějícím článkem je „rozhodovací prvek“. Ten by měl podávat informace o tom, kolik inzulinu je třeba aplikovat.
Tento chybějící článek v současné době nahrazuje pacient, tým jeho ošetřujících lékařů a software na úpravu koncentrace glukózy.
Co na to randomizované studie
Podle výsledků randomizovaných studií s inzulinovými pumpami došlo k významnému poklesu hodnot HbA1c u pacientů, kteří inzulinovou pumpu používají, na rozdíl od těch, kteří pumpy nemají k dispozici. Podobně dopadají i studie dat získaných z glukosenzorů, nicméně v některých případech ke snížení HbA1c nedošlo: „Důvodem je skutečnost, že někteří pacienti sice senzory mají, ale nepoužívají je nebo nevyužívají celý jejich potenciál. Technologie mohou pacientům významně pomoci a přispět ke zkvalitnění kontroly jejich onemocnění, je však nutné vědět, jak je používat.
Přes nesporné benefity jsou tu však i jistá omezení, protože nošení glukosenzorů má vliv na kvalitu života nemocných. „Kolikrát denně by vlastně měla být koncentrace glukózy kontrolovaná? Šestkrát?“ táže se E. Atlas a pokračuje: „Koncentrace krevního cukru se mění každých pět minut a my se zamýšlíme nad tím, zda může pacient naplno využít potenciál špičkových technologií. V současné době totiž neexistuje inzulinová pumpa, která by v reálném čase měnila dávky inzulinu na základě výsledků měření glukosenzorem, a pomáhala tak dosahovat cílových hodnot. Je třeba vytvořit takovou umělou slinivku, která bude v pětiminutových intervalech sledovat hodnoty glukózy, a rozhodovat a v reálném čase doplňovat inzulin dle potřeby.“
Na vývoji umělé slinivky pracuje E. Atlas a jeho tým od roku 2004. V roce 2010 byly zveřejněny stěžejní principy navrženého systému nazvaného MD‑Logic AP System, k nimž celý tým dospěl na základě zkušeností s léčbou diabetu obecně i díky léčbě diabetických pacientů s glukosenzory a inzulinovými pumpami.
O jaké principy jde
E. Atlas vychází v první řadě ze skutečnosti, že lékařská logika není černobílá, ale funguje na principu tzv. fuzzy logiky. Ta, na rozdíl od výrokové logiky, nefunguje na principu „pravda–nepravda“, ale spíše se podobají lidskému myšlení, které na základě různých skutečností zvažuje odlišné možnosti. V případě umělé slinivky je pak základem kontrola rozsahu hodnot glykémií a ne pouze cílové hodnoty. Například údaj 9,xx mmol/l je za určitých okolností považován za vysoký, za jiných okolností může být normální. Stejně tak hodnota 8,xx mmol/l může být cílovou, ale současně může reprezentovat i nízkou koncentraci glukózy.
Umělá slinivka dále disponuje systémem automatického podání bazál–bolus, tedy obecně aplikovanou, standardní léčbou DM 1. typu. Některé z jiných systémů umělých slinivek dodávají pouze bazál, případně pouze mikrobolus. Jednoduchost a srozumitelnost je dalším důležitým principem, na němž je systém postaven.
Významným faktem, z něhož systém vychází, je také rozdílnost pacientů. Každý potřebuje dávkovat inzulin jinak, a je tedy třeba mít k dispozici systém, který bude individualizovaný. Jak toho dosáhnout? E. Atlas pracuje na „algoritmu učení“. Tento algoritmus si vyhodnotí údaje poskytnuté glukosenzorem za dobu asi jednoho týdne, zanalyzuje historii podaných dávek inzulinu a pomocí bolus wizardu inzulinové pumpy nahraje data týkající se zkonzumovaného jídla. Všechny získané informace jsou pak automaticky analyzovány, a lékař tak má doslova jedním kliknutím přehled o stavu nemocného a potřebách změny nastavení pumpy.
Tento algoritmus se používá k nastavení profilu pacienta a vede k individualizaci celého systému. Pokud kompletně funguje uzavřený systémový cyklus (tzv. CLS), veškerá aktualizace profilu pacienta probíhá v reálném čase. Další důležitou věcí je možnost připojení co možná největšího množství zařízení. „Naším cílem je umožnit napojení na všechny pumpy, senzory a glukometry, které jsou dostupné na trhu, a poslední dobou se nám daří možnosti týkající se konektivity skutečně rozšiřovat,“ dodává E. Atlas.
V neposlední řadě je zde i bezpečnostní hledisko. K dispozici je dálkový monitorovací systém, jenž zobrazuje hodnoty glykémií, data z glukometrů, dávkování inzulinu, bolusy. Data od všech pacientů se na obrazovce zobrazují v samostatných oknech, a kdykoli se u některého z nich vyskytne problém, okno příslušného nemocného okamžitě vyskočí a jedním kliknutím myší jsou k dispozici veškeré informace. Tímto způsobem může být monitorováno až 200 pacientů najednou. Tento systém je v rámci studie využíván centrálně v Izraeli, odkud se přes internet sledují i pacienti ve studiích probíhajících v Německu a Slovinsku.
Povzbudivé noční výsledky
Prvotní ideou byla plná kontrola systémem tak, aby pacient nemusel zasahovat do léčby. Bylo provedeno několik osmihodinových testů proveditelnosti a následovaly 24hodinové studie. U celodenní (24 hodin) studie byli pacienti udrženi po 71 % sledovaného časového úseku na hodnotách glykémií 3,8 až 10 mmol/l a bez jediného případu hypoglykémie. Dle referenčních hodnot uveřejněných prof. Patekem v roce 2009 jsou pacienti léčení konvenční léčbou udrženi na výše uvedených koncentracích krevního cukru po 59 % sledovaného časového úseku. Z těchto výsledků je jasné, že testovaný systém překonává běžné léčebné postupy.
Výsledky nočních pozorování byly ještě povzbudivější: průměrná koncentrace glukózy činila stabilních 6,5 (± 0,6) mmol/l.
DREAM team
Pro osmihodinové noční studie byl sestaven tým – DREAM konsorcium – se třemi hlavními centry: v německém Hannoveru (prof. Thomas Danne), ve slovinské Lublani (prof. Tadej Battelino) a v Izraeli.
DREAM projekt sestává ze čtyř individuálních studií: DREAM 1 studie proveditelnosti za účelem ověření funkčnosti systému; DREAM 2 multicentrická studie na pacientech v Izraeli, Německu a ve Slovinsku; DREAM 3 studie probíhající mimo nemocniční zařízení v areálu diabetického centra; DREAM 4 studie v domácím prostředí. K dispozici jsou již výsledky DREAM 2. Jednalo se o randomizovanou cross‑over studii, se dvěma rameny, zahrnující děti, adolescenty ve věkových skupinách 10 až 14, 14 až 18, 18 a více, která probíhala v Německu, Slovinsku a v Izraeli. Srovnávaly se údaje z léčby umělou slinivkou a z konvenční terapie pomocí CSII (kontinuální subkutánní infuze inzulinu). Vstupní kritéria pro zařazení do studie byla: věk nad 10 let a léčba CSII trvající více než tři měsíce. Cílová hodnota HbA1c byla stanovena na ≥ 7 a < 10. Pacient pak podstoupil týdenní kontrolu za účelem vytvoření jeho profilu. Studie se zúčastnilo celkem 12 pacientů. Průměrné hodnoty glykémií se zde v rámci cílových hodnot pohybovaly mezi 3,3 až 7,8 mmol/l, a současně se rozsah těchto hodnot zmenšoval, až do probuzení pacienta.
DREAM 3 studie v areálu diabetického centra
„Chtěli jsme, aby pacienti vyvíjeli fyzickou aktivitu, ale zároveň jsme chtěli zajistit dostupnost lékařského týmu,“ říká E. Atlas a dodává: „Měli jsme 18 až 20 pacientů napojených současně na CLS, jedná se o první studii svého druhu na světě.“ Kompletní výsledky této fáze projektu DREAM jsou zatím revidovány, nicméně už předběžné výsledky jsou podobné výsledkům multicentrické studie. Všichni pacienti používali glukosenzory a inzulinové pumpy, takže mohli reagovat na případný alarm a inzulin si sami podávat.
Studií DREAM 1 až 3 se zúčastnilo celkem 75 pacientů. Bylo tedy vytvořeno 75 individuálních profilů a CLS ve všech případech udržel koncentrace krevního cukru během nočního napojení na cílových hodnotách, bez ohledu na odpolední fyzickou aktivitu s uzavřenými pumpami a konzumaci uhlohydrátů.
Zdroj: Medical Tribune