Danas algoritmi svugdje upoznaju čovjekove potrebe i prilagođavaju iskustva u skladu s tim. Glazbene usluge prilagođavaju popise za reprodukciju. Prodavci nude posebne preporuke proizvoda. Platforme društvenih medija stalno izračunavaju sljedeći najbolji sadržaj za prikaz u stvarnom vremenu.
Povezani sadržaj
- Uređaj za nadgledanje krvi inspiriran komarcima
Biomedicinski inženjer sa sveučilišta u Bostonu Edward Damiano i njegovi kolege, uključujući starijeg znanstvenika Firas El-Khatiba, koristili su sličnu logiku za rješavanje medicinskog izazova: kako automatski regulirati razinu inzulina i glukagona u bolesnika s dijabetesom tipa 1, u stvarnom vremenu.
Tim razvija i testira, s grupom u Općoj bolnici u Massachusettsu, uređaju koji se zove bionični gušterača. Iako ime može dočarati vizije Iron Man-a i superbotova, stvarni proizvod prilagodba je uobičajenih alata koje već koriste mnogi pacijenti s dijabetesom tipa 1.
Trenutno pacijenti nose vanjske inzulinske pumpe, često na trbuhu. Prijenosna pumpa svojim korisnicima pruža inzulin pomoću katetera ili plastične cijevi umetnute ispod kože trbuha, ali to se mora redovito provjeravati kako bi bili sigurni da to radi po ispravnim cijenama. Zajedno, pumpa, kateter i čelična ili teflonska igla koji idu ispod kože čine ono što se naziva "infuzijski set". Pacijenti se također oslanjaju na kontinuirane senzore glukoze. Sićušni senzor umetnut je ispod kože zajedno sa svojim odašiljačem, slično pumpi, i drži se na mjestu s Band-Aid ljepilom. Nadgleda stope glukoze i šalje te podatke na vanjski uređaj pomoću električnog signala. Trenutno pacijenti moraju ručno pratiti informacije koje pruža senzor.
Bionični gušterača koristi upravljački algoritam za povezivanje ova dva dijela. Djeluje kao most između kontinuiranog senzora glukoze i pumpe, izvlačeći stalnu potrebu provjere bilo kojeg od njih.
Kako to djeluje: senzor bilježi pojedinačni šećer u krvi i te podatke šalje na pametni telefon. Algoritam upravljanja, koji se pokreće na pametnom telefonu, koristi upravo primljene podatke da bi odredio pacijentove potrebe za inzulinom i glukagonom. Pametni telefon koristi Bluetooth signal kako bi te informacije poslao na dvije pumpe koje pacijent nosi, jedan za inzulin i jedan za glukagon, koji potom upravljaju potrebnim količinama svake.
Korištenjem Bluetooth signala, pametni telefon komunicira s dvije pumpe, jednom za inzulin i jednom za glukagon. (Bionski tim za gušteraču) Algoritam
Okosnicu uređaja je algoritam upravljanja koji je Damiano i njegov tim smislio. Sve započinje upoznavanjem nekoliko ključnih parametara o pacijentima - njihovoj dobi, njihovoj težini i, što je najvažnije, sastavu šećera u krvi i načinu na koji se on mijenja. Nakon što posjeduje ove informacije, algoritam daje preciznu preporuku, svakih pet minuta, 24 sata dnevno, za ukupno 288 ključnih svakodnevnih odluka, koliko inzulina ili glukagona njihove pumpe trebaju pustiti u krvotok pacijenta.
"Uzbuđeni smo što razvijamo pristup koji može smanjiti teret dijabetesa", kaže Steven Russell, glavni istraživač kliničkog tima.
Dijabetičari trebaju injekcije inzulina kad im je šećer u krvi previsok, a glukagon kad je prenizak, kako bi se spriječila stanja poput hiperglikemije i hipoglikemije. Sindrom "mrtav u krevetu" rijetka je, ali iznenadna, kobna fluktuacija šećera u krvi koja se može dogoditi dok mlada osoba s dijabetesom tipa 1 spava. Trenutno oboljeli od dijabetesa moraju dosljedno i ručno nadzirati šećer u krvi kako bi se osiguralo da on ne padne ili padne na opasne razine. Prema Saleh Adi, osnivaču i direktoru Klinike za dječji dijabetes Madison na Sveučilištu Kalifornija, San Francisco, prosječni pacijent provjerava njegov šećer u krvi između 4 do 10 puta dnevno.
Svakodnevni život s bioničnim gušteračama
Kao što danas stoji, korisnik mora kalibrirati bioničnu gušteraču dva puta dnevno ubodom kažiprsta i davanjem kapi krvi za komunikaciju s razinom glukoze prije doručka i večere. Te vrijednosti koriste se kao referentne točke. Korisnik također može najaviti obroke, upozoravajući uređaj na nadolazeće promjene šećera u krvi. Kroz dan će sustav imati za cilj da pacijenta što više približi ciljnoj razini glukoze. Korisnici moraju svakodnevno zamijeniti zalihe glukagona i inzulina punjenjem rezervoara u svoje pumpe, iako se tim nada da će to postati rjeđe jer je na tom polju postignut veći znanstveni napredak. Krajnji je cilj razviti bioničnu gušteraču koja bi se mogla potpuno samostalno odvijati.
"Kako se i dalje mijenjate u dnevnoj skali, ova će se stvar i dalje prilagođavati vama, a to je vremenski raspon koji je relevantan", kaže Damiano.
Ovaj je sustav jedan od prvih koji je uspio davati i inzulin i glukagon. Prethodne verzije tima, zajedno s drugim uređajima sa Sveučilišta Cambridge, UC Santa Barbara i Sveučilišta u Virginiji, mogli su osigurati inzulin samo zbog nestabilnosti glukagona u otopini.
Osobni uzrok
Damianov 15-godišnji sin David ima dijabetes tipa 1. Njegova je dijagnoza, kao novorođenče, nadahnula Damiano na stvaranje ovog uređaja.
"Kad mi je sin imao otprilike godinu dana, palo mi je na pamet da možda postoji način na koji bih mogao igrati ulogu u poboljšanju njegove skrbi", kaže Damiano, koji je radio na matematičkom modelu protoka krvi u tijelu.
Njegov rad s El-Khatibom na bioničnom gušterači počeo je 2001. godine, u vrijeme kada je potrebna tehnologija još uvijek bila u razvoju. Inzulinska pumpa već je postojala, ali kontinuirani senzor glukoze koji bi mogao otkriti razinu šećera u krvi ispod kože tek se pojavio. Damiano se usredotočio na komad za koji je znao da se može promijeniti. "Moj laboratorij preuzeo je pametni sustav", kaže on.
Dok je njegov tim radio na ovom aspektu uređaja, došlo je do istodobnog napretka u senzorima i drugim elementima potrebnim za rad ovog izuma. Tvrtke, uključujući Dexcom i Medtronic, su usavršavale senzore koji kontinuirano prate šećer u krvi. Yash Sabharwal i njegov tim u Xeris Pharmaceuticals razvili su način za stabilizaciju glukagona u otopini.
"Umjetna gušterača samo s inzulinom je poput pokušaja vožnje automobilom u kojem imate akcelerator i nemate kočnicu", kaže Sabharwal, glavni operativni direktor Xeris Pharmaceuticals. "Razvili smo formulaciju glukagona koja može biti stabilna dvije godine u odnosu na trenutno rješenje koje je potrebno miješati u stvarnom vremenu."
Ispitivanje uređaja
2004. godine, nakon što je napustio Sveučilište u Illinoisu zbog profesora na Sveučilištu u Bostonu, Damiano je počeo testirati svoj algoritam kontrole u svinja dijabetičara. Utvrdio je koliko točno može pratiti njihovu razinu šećera u krvi i preporučio ispravne doze inzulina ili glukagona.
Nakon nekih pozitivnih rezultata, Damiano je upoznao Russella 2006. godine i zajedno su dobili odobrenje FDA za svoje prvo ljudsko istraživanje. Od tada provode klinička ispitivanja, uključujući neka koja testiraju uređaj na odraslima kod kuće i djeci u ljetnom kampu.
Jedan od kampera koji je prošle godine testirao bioničnu gušteraču drži pametni telefon koji pokreće algoritam. (Bionski tim za gušteraču) Tim je mogao proučiti kako uređaj funkcionira i prilagođava se aktivnom načinu života omogućujući sudionicima probnog rada da "budu sami" i iskuse redovne rutine, hranu i vježbe. Iako su to radili, otkrili su da je bionični gušterača učinkovitiji od pumpnog sustava koji se ručno upravlja.
"Prešli smo od pokretanja algoritma na laptopu sa svinjama, do trčanja na prijenosnom računalu s ljudima do pokretanja na iPhoneu, tako da ga ljudi mogu nositi sa sobom", kaže Damiano.
Kamperi koji koriste bioničnu gušteraču tijekom jednog od ispitivanja, s glavnim kliničkim istražiteljem Stevenom Russelom. (DiATRiBE) Damiano i Russell provest će ispitivanja na Sveučilištu u Massachusettsu, Općoj bolnici Massachusetts, Sveučilištu Stanford i Sveučilištu Sjeverne Karoline na Chapel Hillu do 2017. Studija iz 2016. proučit će utjecaj upotrebe bioničke pankreasa na pacijente tijekom godina.
"U našim kliničkim ispitivanjima, događaju se svakakve groznice, jer je to mehanička kontracepcija", kaže Damiano, navodeći kako se istječu senzori, prazni uložak s inzulinom i loše veze između različitih dijelova. Alarmi koji upozoravaju korisnika kada se dogodi neki kvar kako bi se ti problemi ublažili, ali tim traži načine kako ih spriječiti.
Sljedeći korak: Potpuno integrirani uređaj
Damiano nastoji imati potpuno integrirani uređaj - jednu jedinicu veličine iPhonea 5 s inzulinskom pumpom, pumpom glukagona, senzorom i prijemnikom u infuzijskom kompletu s baterijama - spreman na vrijeme za odlazak njegova sina na fakultet 2018. godine.
„Dijabetes tipa 1 traži jedinstvenu količinu ljudi. Ne mogu se sjetiti nijedne druge bolesti gdje pacijentima predajemo lijek i kažemo: 'Vi odlučite koliko trebate uzeti', kaže Russell. "Imamo priliku promijeniti paradigmu skrbi o dijabetesu."
"Ljudi danas upravljaju šećerom u krvi u mraku", kaže Damiano.
Pomaganje oboljelima od dijabetesa tipa 1 Damianov je prvi prioritet, ali nadamo se, kaže, da će njegov tim dobrobiti pacijentima s dijabetesom tipa 2 i kasnije će poboljšati točnost kapljica inzulina koji se koriste u bolničkim uvjetima.
Kada je na raspolaganju potpuno bionizirajuća gušterača, pacijenti s dijabetesom tipa 1 i roditelji djece s takvim stanjem neće morati razmišljati o šećeru u krvi svake sekunde.
"Ako petogodišnjak trči 100 metara, možda biste mu trebali prilagoditi inzulin", kaže Adi. "Ako sve ovo možemo oduzeti, možemo vratiti spontanost."
