Pancreas مصنوعی و نیاز به تحویل انسولین بدون سوزن

مفهوم یک پانکراس مصنوعی مدتهاست که یک گلاب مقدس در تحقیقات دیابت بوده است، با هدف تکرار تنظیم گلوکز طبیعی بدن از طریق یک سیستم حلقه بسته خودکار است.با ترکیب یک مانیتور گلوکز مداوم (CGM)، یک پمپ انسولین و یک الگوریتم کنترل پیچیده، این سیستم ها تحویل انسولین را در زمان واقعی تنظیم می کنند، کاهش خطر ابتلا به هیپرگلیسمی و هیپوآ، با این حال، یک مانع مداوم در این وابستگی به انسولین می تواند باقی بماند:

روش های تحویل انسولین غیر تهاجمی – کسانی که از شکستن پوست خودداری می کنند – می توانند تجربه کاربر و پایبندی را تغییر دهند، و سیستم های پانکراس مصنوعی را در دسترس تر و بیمار پسند تر کنند.این مقاله یک مرور جامع از تحقیقات پانکراس مصنوعی را فراهم می کند، با تمرکز بر تکنیک های تحویل غیر تهاجمی ظهور، چالش های آنها و پتانسیل آنها برای دستیابی به مدیریت دیابت بدون سوزن است.

درک Pancreas مصنوعی

یک پانکراس مصنوعی – به طور کلی به عنوان یک سیستم حلقه بسته هیبریدی شناخته می شود – سه جزء اصلی را تشکیل می دهد: CGM که هر چند دقیقه سطح گلوکز بین رحم را اندازه گیری می کند، یک پمپ انسولین که به طور فزاینده ای بسته شده است، و یک الگوریتم ریاضی که دوزهای مناسب انسولین را بر اساس CGM reading محاسبه می کند، سیستم "hy0" نامیده می شود، زیرا هنوز هم نیاز به چندین وعده غذایی اختصاصی دارد:

علی رغم این پیشرفت ها، سیستم های فعلی به مجموعه های تزریقی با کانکسلاس که در زیر پوست قرار می گیرند، بستگی دارد که می تواند باعث تحریک، عفونت و ناراحتی شود.هدف نهایی یک پانکراس مصنوعی کاملا خودکار، دو قلوی است که همچنین گلوکاگون را برای جلوگیری از هیپوگلیسمی، استفاده از عدم سنجش و تحویل به طور فعال در جستجوی جایگزین هایی برای جلوگیری از تزریق، در حالی که هدف از بین بردن دقیق و دقیق هستند، ارائه می کند.

چرا انسولین غیر تهاجمی مهم است

تزریق انسولین سنگ بنای درمان دیابت برای تقریبا یک قرن بوده است، اما آنها با مشکلات قابل توجهی مواجه می شوند. بسیاری از بیماران اضطراب تزریق، خستگی سوزن، لیپوhypertrophy و تزریق اجتماعی را کاهش می دهند، اما هنوز نیاز به تغییرات مکرر سایت دارند و می توانند اجتناب کنند. A 2021 بیمار دریافت که (FLT:0بیش از 50٪ از بزرگسالان با نوع دیابت نوع 1، اولویت های اضافی در تحویل بدون سوزن، به ویژه کودکان، و راحتی بیمار.

موانع بیمار با روش های تحویل فعلی

  • درد و ناراحتی؛ [FLT 1] سوراخ سوزن تکراری منجر به ناراحتی و انحراف روانی سایت می شود.
  • ] خطر عدم پذیرش: تزریق زیر پوستی، پورتال هایی برای ورود باکتری ایجاد می کند که نیاز به پروتکل های بهداشتی دقیق دارند.
  • ] جذب قابل تحمل: عوامل مانند ورزش، دما و عمق تزریق بر جذب انسولین زیر پوستی، دقت دوز پیچیده تأثیر می گذارد.
  • و در این میان، در صورتی که در خواب و ورزش و خواب و هر روز به خواب و یا هر روز دیگری نیاز داشته باشد، می توان به آن اشاره کرد.
  • و زباله؛ مجموعه تزریق، مخازن و لوازم تزریق کمک به ضایعات پزشکی و بار مالی.

یک روش غیر تهاجمی که موانع پوستی را از بین می برد می تواند بر این مسائل غلبه کند و راه را برای سیستم های پانکراس مصنوعی بیمار که استفاده و نگهداری آن آسان تر است، هموار کند.

چالش های فعلی در تحویل انسولین غیر تهاجمی

در حالی که مفهوم جذاب است، تحویل انسولین بدون شکستن پوست، موانع بیولوژیکی و مهندسی قدرتمندی را ارائه می دهد. انسولین یک مولکول پروتئین بزرگ (استول وزن -5808 Da) است که از طریق غشای بیولوژیکی جذب ضعیف است. پوست یک مانع موثر از طریق استسترتوم ذرت، در حالی که سطوح مووسال - بینی، ریه - محدودیت های خود را دارند، مانند تخریب کلید و تخریب.

موانع جذب

  • این لایه بیرونی اپیدرم در برابر عبور ماکرومولکول ها مقاومت می کند. تحویل ترانس باید با استفاده از تقویت کننده های شیمیایی، یونتوفریس، سونسوفیس یا فن آوری های میکرو ضروری بر این غلبه کند.
  • تخریب آنزیمی: انسولین به سرعت توسط پرنشاط در دستگاه گوارش و ریه ها تجزیه می شود تا زمانی که به گردش سیستمیک برسد نیاز به انقباض یا اصلاح شیمیایی دارد.
  • دسترسی زیستی پایین: انسولین دهان به طور معمول تنها 0.5 -2% در دسترس بودن انسولین ریه بهتر است - تا 40٪ با برخی از فرمول ها - اما تنوع همچنان بالا است.
  • قابلیت بهبود: روش های غیر تهاجمی اغلب عملکرد متناقضی را انجام می دهند که در یک سیستم حلقه بسته خطرناک است که نیاز به اندازه گیری دقیق دارد.
  • زمان توافق: مسیرهای غیر تهاجمی ممکن است تاخیر در جذب، زمان پاسخ الگوریتم پیچیده را معرفی کند.

تنظیم مقررات و ساخت Hurdles

مقیاس سیستم های تحویل جدید - مانند نانوذرات، پچ های هوشمند و دستگاه های استنشاق - باید استانداردهای FDA دقیق برای انعطاف پذیری، ثبات و اثربخشی بی نظیر را برآورده کنند. دستگاه های استنشاقی نیاز به مهندسی دقیق دارند تا اطمینان حاصل شود که اندازه ذرات ثابت و رسوب ریه هر گونه شکست در یک سیستم حلقه بسته می تواند منجر به گشت و گذار شدید گلیک شود، بنابراین اطمینان از هزینه های بالا برای تحویل سیستم های بالینی و سیستم های ایمنی بالا است.

تکنیک های غیر تهاجمی نوآورانه تحت بازجویی

محققان در حال پیگیری مسیرهای متعدد برای مدیریت انسولین بدون سوزن هستند که هرکدام دارای مزایای خود و محدودیت های فعلی هستند. امیدوار کننده ترین روش ها در زیر دقیق هستند.

تحویل ترانسی از طریق Microquireles و Iontophoresis

پچ های میکرونیدول حاوی آرایه هایی از پیش بینی های کوچک هستند - به طور معمول 100 تا 1000 μm در طول - که بدون درد به ذرت قشر قشر بالا نفوذ می کند تا انسولین را به اپیدرم حلقه تحویل دهد. Solid microneedles می تواند با انسولین پوشانده شود، در حالی که میکروفریدهای توخالی اجازه می دهند تا تزریق فرمول های مایع را انجام دهند. A 2023 در مطالعات [FLTScience Advance] پیشرفت های شارژ شده در حال حاضر محققان قادر به انجام آزمایش های طبیعی آنزیم های غیر قابل کنترل شده اند.

مزایای کلیدی سیستم های میکرونیدل شامل برنامه بدون درد، کاهش خطر عفونت و پتانسیل برای طراحی یکپارچه سنسور-actuator است، با این حال، چالش ها در دستیابی به سازگاری مداوم در انواع مختلف پوست و اطمینان از یکپارچگی میکروستیل طولانی مدت، مطالعه آزمایشی ارائه شده در انجمن دیابت آمریکا گزارش شده در یک پمپ "هوشمند" با استفاده از میکرونیازها به جای فولاد، می تواند در طول 2٪ از عفونت های نوع پوست با 1٪ از 1٪ در معرض عفونت های پوستی.

انسولین استنشاقی

سیستم های انسولین استنشاقی، مانند Afrezza (مونت پودر خشک مبتنی بر نورول)، از سال 2014 برای تزریق زمان غذایی تأیید شده است، آنها شروع سریع - عمل ضعیف در 12 تا 15 دقیقه - به ترشح طبیعی انسولین، با این حال، Afzza در حال حاضر به سیستم های اولیه رضایت از زمان محدود شدن به منظور تشویق ذرات خاص نیاز به استفاده از دوز خاص و یا استفاده از پردازش زمان های خاص برای استفاده از مقادیر زیاد در سیستم های خاص از دوز خاص از دوز خاص از زمان محدود شده است.

انسولین غیر تهاجمی نیز ممکن است به عنوان یک همراه برای تحویل غیر تهاجمی پایه عمل کند، بدون نیاز به تزریق، اقدامات سریع برای وعده های غذایی ارائه دهد.اما نگرانی در مورد ایمنی طولانی مدت ریه و نیاز به نظارت عملکرد ریه موانع برای پذیرش گسترده باقی می ماند.

تحویل شفاهی و بی سی

انسولین دهان مدتهاست که "لبک وحشی" درمان دیابت در نظر گرفته شده است، پیشرفت های اخیر شامل کپسول های پوششی است که از انسولین در اسید معده محافظت می کند و آن را در روده کوچک آزاد می کند، که جذب توسط افزایش دهنده های دارویی پیچیده می شود - شرکت هایی مانند Oramed و Novo Nordisk در آزمایش های دیر مرحله ای برای آنالوگ های انسولین خوراکی هستند که اسپری های حاوی تقاضای زیاد هستند - همچنین نشان داده شده اند - به عنوان سیستم های متنوع از نظر می شوند.

تحویل شفاهی بالاترین اولویت بیمار را ارائه می دهد، اما دستیابی به دسترسی پایدار زیستی همچنان یک مانع قابل توجه است. فرمول های آینده ممکن است از مواد نانوتکنولوژی یا گلوکز پاسخگو برای بهبود عملکرد استفاده کنند.

شرکت های نانوتکنولوژی-based Carriers

نانوذرات، لیپوزوها و نانواها[ویرایش] می توانند انسولین را کپسول کنند، آن را از تخریب آنزیمی محافظت کنند و تحویل هدفمند را فعال کنند.به عنوان مثال، نانوذرات پاسخگو به گلوکز ساخته شده با اسید فنی نانوکولی یا گلوکز اکسید انسولین در حضور گلوکز بالا، تقلید عملکرد طبیعی سلول بتای طبیعی این فرمول های "هوشمند" انسولین" را می توان بررسی کرد یا با استفاده از طریق یک نانوالکترونیک یا تزریق پایدار، و یا تجویز شده است.

فناوری نانو همچنین امکان تحویل ترکیبی را فراهم می کند، جایی که هورمون های متعدد یا آسیب پذیری ها با هم بسته بندی می شوند، این می تواند از سیستم های دو نفره پشتیبانی کند که به هر دو هیپرگلیسمی و هیپوگلیسمی بدون سوراخ اضافی توجه می کنند.

جاده های ناسا و Ocular

تحویل داخل بینی مانع خون مغز را دور می کند و جذب سریع را ارائه می دهد، اما دسترسی به انسولین کم است و احتباس بینی می تواند بر روی انجام انسولین Ocular - قطره چشم - برای درمان رتینوپاتی دیابتی آزمایش شده است، اما جذب سیستمیک برای تنظیم گلوکز کافی نیست. این مسیرهای کمتر به احتمال زیاد روش های اولیه برای تزریق پانکراس مصنوعی هستند، اما ممکن است نقش هایگلیسمی مانند تحویل فوری را خدمت کنند.

پیشرفت های اخیر و ادغام با سیستم های Pancreas مصنوعی

چندین پیشرفت اخیر در حال ارائه تحویل غیر تهاجمی به کاربرد عملی است. انجمن دیابت آمریکا در سال 2024 گزارش شده در یک مطالعه آزمایشی از پمپ انسولین "هوشمند" با استفاده از میکرونیدles به جای فولاد کانکساس، پچ، جفت شده با یک Dexcom G7 CGM، به دست آورد کنترل گلیک قابل مقایسه با پمپ های معمولی با واکنش های پوستی به طور قابل توجهی کمتر وعده داده شده است.

الگوریتم های یادگیری ماشین در حال حاضر آموزش دیده اند تا پیش بینی فارماکوکینتیک های تحویل انسولین غیر تهاجمی بر اساس داده های فیزیولوژیک در زمان واقعی - ضربان قلب، دمای پوست، میزان تنفسی، این کنترل سازگار می تواند تنوع ذاتی مسیرهای غیر تهاجمی را جبران کند، و تنظیم بسته حلقه قوی تر و شخصی تر شود.

مسیر های آینده: به سوی یک پانکواس مصنوعی کاملا غیر تهاجمی

پانکراس مصنوعی ایده آل آینده کاملا غیر تهاجمی خواهد بود: یک CGM پوشیدنی – شاید یک لنز تماس یا سنسور خالکوبی – و یک سیستم تحویل بدون درد که به طور خودکار به نوسانات گلوکز پاسخ می دهد.

  • فرمول های انسولین پاسخگو: انسولین های "هوشمند" که تا زمان ایجاد گلوکز بالا، از بین بردن نیاز به یک پمپ جداگانه باقی مانده است.
  • آرایه های میکروکارگردان میکروچیل را تشکیل می دهد: پچ حاوی هر دو سنسور گلوکز و میکرونیازهای آزاد انسولین، تشکیل یک حلقه فشرده بسته بر روی پوست.
  • کنترل بی سیم و شخصی سازی AI: الگوریتم های مبتنی بر ابر که الگوهای فردی را یاد می گیرند و پروفایل های تحویل غیر تهاجمی را سازگار می کنند.
  • سیستم های غیر تهاجمی غیر تهاجمی؛ ترکیب پودر گلوکاگون (مانند Baqsimi) با انسولین استنشاقی برای مقابله با هیپوگلیسمی و هیپرگلیسمی بدون سوزن.
  • انسولین پایه خوراکی یا ترانسی پوست: Weekly یا فرمول های ماهانه پوشش نیازهای پس زمینه، با تقویت کننده های غیر تهاجمی است.
  • بسته بندی هوشمند و انجام: کپسول ها یا پچ هایی که انسولین را بر اساس داده های گلوکز در زمان واقعی از سنسور خارجی آزاد می کنند.

بدن های تنظیم کننده در حال تلاش برای ایجاد (FLT:0) عدم رعایت دستگاه های پانکراس مصنوعی با استفاده از تحویل غیر تهاجمی هستند که مسیرهای تایید ساده را ارائه می دهند. فدراسیون بین المللی دیابت خواستار توسعه سریع فن آوری های بدون سوزن برای بهبود مراقبت از دیابت جهانی، به ویژه در تنظیمات کم منبع که در آن ایمنی تزریق و دفع نگرانی هستند.

نتیجه گیری

پیگیری یک پانکراس مصنوعی غیر تهاجمی نشان دهنده همگرایی مهندسی زیستی، علوم مواد و مدل سازی محاسباتی است، در حالی که چالش های تنوع جذب، قابلیت دسترسی زیستی و اعتبار سنجی قانونی باقی مانده است، نوآوری تسریع می شود. پچ های میکرونیدل، انسولین استنشاقی، و فرمول های هوشمند نانوذرات از آزمایشگاه های تحقیقاتی به کارآزمایی های بالینی، و ادغام اولیه با سیستم های نظارت بسته به بهبود نتایج روان شناختی، در نهایت منجر به بهبود نتایج سلامت روان شناختی می شود، و بهبود می شود.

ادامه سرمایه گذاری در تحقیقات بین رشته ای برای تبدیل این نمونه های اولیه به سیستم های قابل اعتماد و قابل دسترس است که می تواند میلیون ها نفر را از بار روزانه تزریق آزاد کند، روزی که یک پانکراس مصنوعی به طور کامل بدون سوزن عمل می کند، ممکن است نزدیک تر از بسیاری از فکر باشد، که با پیشرفت مداوم در علم تحویل غیر تهاجمی و تعهد راسخ جامعه دیابت هدایت می شود.