ניצול השימוש בחיישנים ביו-דידידיים בדור הבא של מכשירים מלאכותיים

במהלך העשור האחרון, הטיפול בסוג 1 סוכרת עוצב מחדש על ידי מערכות משלוח אינסולין סגור, לעתים קרובות בשם phencreas מלאכותי מכשירים.מערכות אלה משלבות מעקב גלוקוז מתמשך (CGM) ומשאב אינסולין עם אלגוריתם אשר באופן אוטומטי להתאים את המשלוח אינסולין בהתבסס על חיישנים בזמן אמת גלוקוז קריאה. בעוד מכשירים אלה פאן מלאכותי לשפר באופן משמעותי את השליטה הגליקמית ולהפחית את הנטל של מעקב עצמי קבוע, הם עדיין להסתמך על חיישנים חדשים של הגוף לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 לחץ דם תפקודי, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000, 000, כדי להפחית את רמת נוחות גופנית של טיפול, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 של טיפול של טיפול יעיל של טיפול של טיפול של טיפול ב-עשר ימים של טיפול פסיכולוגי, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000, 000 של בדיקות חיי סוללה של בדיקות הגוף הנוכחי של טיפול, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, 000 של טיפול יעיל של טיפול ב-ידי טיפול ב-ידי טיפול ב-ידי

כיצד מכשירים מלאכותיים פועלים כיום

מכשיר pancreas מלאכותי, שנקרא יותר מדויק מערכת היברידית סגורה, מורכב משלושה מרכיבים עיקריים: CGM כי מדד רמות גלוקוז חד פעמיות כל כמה דקות, משאבת אינסולין המספקת אינסולין מהיר, ואלגוריתם בקרה המשתמשת בנתונים CGM כדי לשלוט על המשאבה כדי להגדיל, להפחית, או להשעות את העברת אינסולין.

מה הם חיישנים בעלי ערך ביולוגי?

חיישנים בעלי ערך ביולוגית הם מכשירים מותשת או לבישים שנבנו מחומרים שיכולים לפרוץ אל תוך מוצרים בלתי מזיקים לאחר שהם שירתו את מטרתם. בהקשר של מערכות הלבלב מלאכותיות, חיישן ביו-דידידי יכול לתפקד באופן אידיאלי כ- CGM לתקופה מוגדרת - שבועות או חודשים בלתי אפשריים - ולאחר מכן לניתוק חומרים שהגוף יכול לטבוליט בבטחה או להסר את הצורך הזה במשך חמש שנים של חומרים כימיים שאינם ניתנים להורדת חומצה משותפת (חומרים) של חומרים כימיים.

מועמדים חומרים מרכזיים עבור חיישנים גלוקוזיים

(ב) [ה]:0 [Silk fibroinFLT] הוא חלבון שמקורו ב-Sywormcoons.It is bioתואמים, חזק מבחינה מכנית, והוא יכול להיות מעובד לסרטים דקים או גללים אשר מארחים אנזים רגישים לגלוקוז או ננו חלקיקים המבוססים על משי, ניתן להתאמה של שימוש ב- 7 חודשים עד כדי התאמה של תנאי העיבוד הסינטטיים:2 MagirdumFalrium 3.

שילוב של חיישנים ביו-דגרד לתוך פאן מלאכותי

(העברה מחיישנים חד-פעמיים הנוכחיים של CGM כדי להפוך את כל עיצוב החיישן, אספקת החשמל והתקשורת האלחוטית, בעוד חומר החיישן עצמו יכול להיות מיוצר ביודידה, האלקטרוניקה המשויכת - אנטנות, אנטנה, סוללות - חייב להיות מוגדלים ב- 1Dolicialus) או להיות מתוכנן להישאר מחוץ לגוף. גישה אחת תחת חקירה היא מערכת בת-חלקה: ביו-פולנית בעלת תאים קצרים, אשר ניתן לבודדים, אשר יכולים גם כן, אשר משתמשים בתאים חשמליים ובודדים (ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-ת-מסלולאריים-תיקים קצרים) על-דלק (מסלולאריים (ת-ת-ת-תיקים) באמצעות תא-מסלולאריים (מסלולאריים) באמצעות תא-דלק (ת-מסלולאריים) באמצעות תא-מסלולאריים (ת-מסלולאריים) אשר יכול להיות מופעלת-מסלולאריים-מסוגלקטנטנים קצרים) אשר ניתן להטמיעו של תאים קצרים, כלומר, כמו גם על-מסלולאריים, כלומר, כלומר, כמו תאים חשמליים

אדריכלות מערכת פוטנציאלית

(FLT:0) חיישנים ביו-דידודיים:FLT 1 A קטן, גמיש כתמים תחת העור המכילים אלמנטים רבים של גלוקוז, כל אחד עם קצת זמן השפלה שונה כדי לספק כיסוי מתמשך.
(FLT:0) תא דלק ביו-דלק בר-ממדי: ibph:1) ממיר גלוקוז וחמצן לחשמל כדי לכפות את החיישן ואת משדר זעיר.תא הדלק גם מידרדר לאחר טיפות האנרגיה שלו.
(FLT:0) תג אלחוטי טרנספורמטיבי: 1FLT 1 A מעגלים עשויים מגנזיום ומ משי אשר משדרים נתונים גלוקוז למקלט חיצוני.התג יכול להיות מתוכנן להתמוסס כאשר רטוב או לאחר תקופת סט.
(FLT:0) מעביר ובקר:FLT:1 A Wearable Device (למשל, שעון חכם או משאבה) שמקבל את נתוני החיישן, מנהל את האלגוריתם סגור, ומנחה את משאבת האינסולין.

יתרונות קליניים וסביבתיים

חיישנים בעלי ערך ביולוגי מציעים מספר יתרונות על פני חיישני קבוע או שוב ושוב:

(FLT:0) אלימינציה של הליכי חיישן-ריוול (FLT) 1 משום שהחיישנים מתמוססים, אין צורך בניתוח שני כדי להסיר אותו, להפחית את הסיכון לזיהום ולצטלקות.זה מועיל במיוחד עבור מטופלים pediatric שעשויים לדרוש החלפת חיישן רבים לאורך כל החיים.
(FLT:0) אספקת פסולת רפואית.FLT:1ir כל חיישן CGM שאינו ניתן לדה-התעת יתר תורמת לבזבוז חד ופסולת אלקטרונית. חיישן ביו-דידה, ההופך ל- CO2, מים ומינרלים חותכים באופן דרסטי את העומס הסביבתי הזה.
(FLT:0) שיפור נוחות המטופל וציות.ראהFLT:1) חיישן ארוך-זמן שאינו דורש כניסה שבועית יכול להפחית את הכאב, אי הנוחות, ואת גירוי העור הקשורים לשינויים תכופים חיישן.חלק מהחולים מפתחים תגובות אלרגיות לתאים דבקים; חיישן ביודיד עשוי להשתמש ביומדן שמקורו בשיטוסאן או אלג'ינטה כי הוא פחות מעצבן.
(FLT:0)פונטני של ניטור רקמות עמוק יותר.FreaLT:1 כי החיישן לא צריך להסיר, זה יכול להיות מושתל ברקמות כי הם לא בקלות גישה להחלפה תכופה, המאפשר מדידה של גלוקוז באתרים חלופיים (למשל, intramuscular או in the peritoneal cavity).
(FLT:0) עלות ארוכת טווח של טיפול.I.veFLT:1), למרות שהמחקר הראשוני והייצור עשויים להיות יקרים, חיישן ביו-דידה חד-משמעי יחיד שנמשך כמה חודשים יכול להיות זול יותר מעשרת חיישנים חד-פעמיים באותה תקופה, במיוחד כאשר הוא גורם ביקורים במרפאה מופחתת עבור אימון לחיישנים.

אתגרים ומכשולים טכניים

למרות ההבטחה, יש להתגבר על כמה מכשולים משמעותיים לפני שניתן להשתמש בחיישנים ביו-דידנטיים במכשירים מלאכותיים:

רגישות ויציבות לאורך כל החיים

האתגר העיקרי הוא שמירה על קריאה מדויקת של גלוקוז במהלך כל תקופת התפקוד, במיוחד כאשר החיישן מתחיל לזלזל.כפי שהחומר מקולגס או מתפזר, התכונות אלקטרו-כימיות משתנות, מה שמוביל לסחף ב ⁇ הנוכחית CGM דורשות כיתולציה של כל כמה שעות או ימים באמצעות קריאה של גלוקוז בדם מסטיק; חיישן ביו-מרודן צריך או מנגנון הגנה עצמית לטווח ארוך של 2 חודשים:

Biocompatibility and Foreign Body Response

אפילו חומרים biodegradable יכול לגרום תגובה חיסונית. הגוף יכול לבודד את החיישן ב קפסולת fibrous, מסלק אותו בבטחה מן הנוזל הבין-ביסוס ולגרום לאובדן אות. החוקרים הם ציפוי עם ציפוי immunomodulatory (למשל, עם dexamethasone-relating PLGA) כדי לדכא את תגובת הגוף הזר.

כוח ותקשורת Wireless

(Powering a biodegradable חיישן הוא לא-trivial. biorol תאים כי לקצור גלוקוז יש פלט חשמל מוגבל (על סדר microוואטs ל סנטימטר מרובע), אשר לא יכול להיות מספיק עבור שידור אלחוטי מתמשך.חוקרים חוקרים חוקרים אחסון אנרגיה באמצעות supercapacitors biodegradable המיוצרים מ פחמן nanotubes ו cellulose, אשר יכול לאחסן אנרגיה כדי לאפשר התפרצויות לסירוגין של שידור חלופי, יכול להיות מופעל על ידי מקלט פנימי של פחמן משותף עם מקור פנימי של פחמן משותף עם פחמן קוד פתוח עם כוח חיצוני של פחמן דו-מרוסן עם כוח חיצוני של פחמן דו-מאט מלא של פחמן דו-חמצני.

ייצור ועלויות סקלאה

הטמעת חיישנים ביו-דידידים עם תכונות עקביות בקנה מידה מסחרי מאתגרת.רבים מהחומרים (למשל, משי פיברן) מקורם במוצרים טבעיים עם מוגבלות אצווה-ל-בטן. תהליכי ייצור נקיים-חדר חייבים להיות מותאמים לטיפול במרכיבים ביו-דידנטיים ללא דה-טיפוסיים במהלך ההרכבה.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

סוכנויות רגולטוריות, כולל ה- FDA ו- EMA, עדיין לא הקימו מסלול ברור עבור מכשירים רפואיים ביו-דידת.שלב מוצרים הכרוכים הן תרופה (למשל, ציפוי אנטי דלקתי) ומכשיר דורש יותר הגשה מורכבת.המוצרים ההשפלה חייבים להיות מוכחים בטוחים במהלך התקופה הארוכה, ואת הביצועים של החיישן חייב להיות שווה ערך או טוב יותר מאשר CGM- מוקדם הם ניסויים קליניים עבור חיישנים אחרים.

כיוונים עתידיים ומחקר מתמשך

מספר קווי מחקר מרגשים יכולים להאיץ את המעבר לחיישנים ביו-דידיים עבור מערכות הלבלב מלאכותיות:

(ב) חיישנים מורכבים אשר מודדים גלוקוז יחד עם אחרים biomarkersFLT:1 (למשל, קטונים, לקטטה) יכולים לספק תמונה מטבולית מלאה יותר.שימוש באותה פלטפורמה ביו-degradable, חוקרים ב-FLT:2TU DarmstadtFLT:3 כבר מארגים כי לזהות גלוקוז ובו-זמנית.
(FLT:0) הידרוג'ל חכמים שנפח או משנה צבע בתגובה לגלוקוזFLT:1 יכול לשמש כחיישנים אופטיים שאינם דורשים חשמל.אלה יכולים לקרוא על ידי מקור אור חיצוני ליד-המפואר, תוך חיסול הצורך באלקטרוניקה מושתלת לחלוטין.
(FLT:0)Closed-loop biodegradation תזמון של חיישנים שמצמציינים בקצב מבוקר כך שניתן לשתול חיישנים מרובים באופן מגוער, להבטיח כיסוי מתמשך כמו דשונים אחד, והאחר הופך פעיל.
(FLT:0) אלגוריתמי למידת Machine LearningאלגוריתמיםFLT:1 שיכול לפרש נתונים מ חיישן דה-דרגתי, לפצות על סחף אותות יכול להאריך את החיים הניתנים להחלפה גם כאשר הוא מתחיל להתפרק.
(ב) ,0) אינטגרציה עם ⁇ ⁇ ⁇ 1 (ב) אשר מתמוסס לחלוטין - אלה יאפשרו כניסה ללא כאבים ולאחר מכן להיעלם, ללא עקבות.

הדרך לאימוץ קליני

בעוד החזון של חיישן לבלב מלאכותי לחלוטין עדיין רחוק, התקדמות מצטברת מתבצעת.היישומים הכמעט-טווח קרוב הוא CGM בעל יכולת ביולוגית, שנמשך במשך 2-4 שבועות ומחליף את החיישנים הפנויים הנוכחיים, בעוד שעדיין מחוברים אלחוטית ללוח חיצוני.

הדגימה של גלוקוז יציבים, שחושפת לפחות 30 ימים במודל גדול של בעלי חיים.
פיתוח של קישור נתונים אלחוטי, ביומדן, העומד בסטנדרטים של תקשורת ברמה רפואית (למשל, שירות תקשורת השתלות רפואי).
שלב I ניסויים אנושיים כדי לאשר ביו-תחרותיות ולא תופעות לוואי.
ניסויים Pivotal השוואת מערכת הלבלב המלאכותי הביו-דידה למערכת סטנדרטית סגורה-loop במונחים של זמן-טווח ובטיחות.

מסקנה

חיישנים בעלי יכולת ביולוגית מייצגים גבול בטכנולוגיית סוכרת שמיישרת עם דחיפה רחבה יותר לכיוון מכשירים רפואיים בני קיימא וידידותיים לחולה.על ידי חיסול של ניתוחים, צמצום הפסולת, וייתכן המאפשרת השתלה לטווח ארוך, הם יכולים לשפר את איכות החיים עבור מיליוני אנשים עם סוכרת מסוג 1.האתגרים הם משמעותיים, אבל ההתכנסות של חומרים, ביואלקטרוניקה, ובקרת אלגוריתמית היא להביא את האפשרות הזו קרוב יותר לכדי לעקוב אחר קשקשים, אך לא רק אחרי הקשקשים של חומרים, אלא גם לא יכולים להמשיך את הגדלים מלאכותיים.