Giới thiệu: Cách mạng Pancreas nhân tạo

Trong nhiều thập kỷ, mục tiêu tạo ra tuyến tụy nhân tạo hoàn toàn đã thúc đẩy việc nghiên cứu tiểu đường về phía trước. Loại 1 tiểu đường (T1D) là tình trạng tự miễn dịch, trong đó tuyến tụy ngừng sản xuất insulin, để lại phụ thuộc vào việc cung cấp insulin bên ngoài và giám sát không ngừng. Hệ thống nhân tạo đóng kín [FL: 1] hệ thống sinh hóa insulin tự động dựa trên mức độ dinh dưỡng thời gian thực - thương lượng với những người có bệnh tiểu đường không ngừng. Trong khi tiến bộ đáng kể đã được thực hiện, phần thưởng cuối cùng có thể cấy ghép [FT: 0] mà không cần thiết bị sinh học nào có thể tìm ra được. Bài này có thể nghiên cứu về sự tiến hóa của các thiết bị nhân tạo và có thể truyền đạt được đến hàng triệu thiết bị sinh học, và có thể truyền đạt được đến sự sống.

Theo tổ chức nghiên cứu JDRF (Chuyến đi chính sách chính thức của Hoa Kỳ) [Chuyến đi của nhà nghiên cứu ngôn ngữ học] ) [FLT: 1], tuyến tụy nhân tạo là ưu tiên hàng đầu trong hơn một thập kỷ. Việc chấp thuận điều chỉnh đầu tiên của hệ thống đóng kín tại Hoa Kỳ vào năm 2016, và từ đó, nhiều hệ thống đã vào thị trường, mỗi cải thiện cuối cùng. Tuy nhiên, tất cả hệ thống thương mại hiện tại đều dựa trên máy bơm, máy phát và bộ cảm biến vẫn cần thiết sự chú ý hàng ngày, da và tuần hoàn thay thế.

- Một Pancreas nhân tạo là gì?

Một hệ tuyến tụy nhân tạo là một hệ thống y khoa mô phỏng chức năng của tuyến tụy sinh học, nó tích hợp ba thành phần chính: một bộ phận giám sát liên tục (CGM) đo mức độ ectital insulin mỗi vài phút, một máy bơm insulin có khả năng hoạt động nhanh insulin, và một thuật toán [FLT: 0] kiểm soát mà giải thích dữ liệu CGM và lệnh bơm để điều chỉnh insulin phù hợp. Thuật toán này là bộ não của hệ thống, sử dụng các mô hình toán học của đường trong máu để giữ mục tiêu trong phạm vi tăng cường độ cao và hạ thấp.

Có một số loại hệ thống tuyến tụy nhân tạo:

  • Hệ thống đóng kín – yêu cầu người dùng thông báo bữa ăn và đôi khi hiệu chỉnh CGM. Insulin được tự động hóa cho tỷ lệ basal và sửa viauses. Ví dụ bao gồm cả bộ thu nhỏ tối thiểu tiểu dụng và bộ điều khiển- lQ.
  • Hệ thống đóng kín ) – vẫn còn trong các thử nghiệm lâm sàng, những hệ thống này tự động xử lý các chuyến đi của bệnh sốt đường huyết liên quan đến bữa ăn, sử dụng các tương tự insulin nhanh hơn hoặc phương pháp tiếp cận bi-homonal (insulin cộng glucagon) để ngăn ngừa chứng thiếu máu.
  • hệ thống bất động sản – được thiết kế với các thành phần nội bộ để sử dụng lâu dài, loại bỏ ống thông bên ngoài, bơm và cảm biến. những hệ thống này vẫn còn thử nghiệm nhưng đại diện cho mục tiêu nghiên cứu lâu dài.

Bất kể loại, mỗi hệ thống tuyến tụy nhân tạo phụ thuộc vào dữ liệu lượng đường ruột chính xác, thời gian thực và thuật toán mạnh. Thuật toán có thể [FLT: 0]PID (phụ thuộc vào các mô hình phân tích đối xứng) , mô hình kiểm soát tính năng (MPC), hoặc logic mơ hồ; phiên bản hiện đại ngày càng tăng trong việc kết hợp máy học để thích ứng với mẫu bệnh nhân riêng.

Sự tiến hóa của nghiên cứu: Từ vòng lặp mở đến vòng lặp khép kín

Hệ thống nghiên cứu vào hệ thống tiêm insulin tự động bắt đầu vào những năm 1970 với thiết bị truyền dẫn lớn, bệnh viện, thiết bị sinh học, được giới thiệu năm 1977, là một hệ thống bên giường bệnh kết hợp một bộ cảm biến insulin có chứa insulin và chất dẫn truyền dẫn vào các thiết bị tiêm phòng. Nó là bộ phận sinh dục, và không thực tế cho việc sử dụng nhà, nhưng nó đã chứng minh khái niệm về sự kiểm soát đóng cửa, trong suốt những năm 1980 và 1990, sự phát triển nhỏ của máy bơm và sự phát triển của các cảm biến chất béo tiếp tục với CM đầu tiên được phê chuẩn bởi hệ thống phân hủy tại háu- 2007 (CMMDDDDDD)

Hệ thống sử dụng ban đầu mở rộng [FLT: 1]]: một CGM cung cấp các đọc lượng insulin, nhưng người dùng đã thực hiện tất cả các quyết định giao insulin. Bước đầu tiên hướng tới việc kiểm soát đóng cửa vòng tròn 2000s với sự phát triển của máy bơm cảm biến (SBP) có thể tạm dừng việc phân phối insulin khi dự đoán bị hạ đường huyết tương đối.

Từ ngữ “có được sự hiểu biết rộng rãi về tuyến tụy, khoảng thời gian thử nghiệm không gian ngoài giờ đầu tiên trong đầu năm 2010. Dấu ấn là nghiên cứu về , như [FLT: 0], 2012, do Hovorka và đồng nghiệp ) sử dụng thuật toán MPC, chứng minh rằng việc đóng cửa vòng lặp có thể cải thiện thời gian trong tầm nhìn và giảm tiểu cầu thường so với liệu pháp trị liệu tiêu chuẩn. Vào năm 2016, háu giả đã phê chuẩn MetMed 670G, hệ thống con lai đóng cửa đầu tiên sử dụng hệ thống tự động. Hệ thống này vẫn còn cần thiết để nhập vào các chất béo phì.

Từ đó, cuộc thi đã tăng tốc. và Insulet khởi động Omnopad 5 một máy bơm không ống với chất insulin tự động vào năm 2022. mỗi thế hệ mới đã cải tiến các thuật toán, giao dịch insulin nhanh hơn, và tốt hơn hợp nhất với các CGM như Dexcom G6 và G7.

Sự tiến hóa không chỉ là kỹ thuật, mà còn là phương pháp điều hành và thương mại. Cơ chế này tạo ra một đường tuyến tụy nhân tạo tận tụy và từ đó cho phép nhiều hệ thống.

Công nghệ hiện đại: Ngày nay có sẵn gì?

Đến năm 2025, ba hệ thống đóng cửa chính của người lai được thương mại hóa ở Hoa Kỳ và nhiều quốc gia khác:

  • Trình quản lý miniMed 780G – Dùng bộ nhạy Guardian 4 không có khả năng cân nhắc. Đề nghị tự động sửa uốn cong tự động mỗi năm phút khi dùng chất béo (Slumuse) trên đích. Mục tiêu có thể được đặt thấp như 100 mg/dL.
  • T và t:slim X2 với Control-IQ) – hoạt động với Dexcom G6/G7. Tự động điều chỉnh tỷ lệ thứ tự và cung cấp các giá trị sửa uốn. Có một chế độ hoạt động giấc ngủ mà thắt chặt sự kiểm soát qua đêm. Hệ thống đã được hiển thị để tăng thời gian trong phạm vi 2- giờ so với điều trị bơm chuẩn.
  • Insulet 5 ) – Một máy bơm không thấm nước, liên lạc trực tiếp với ứng dụng điện thoại. Dùng bộ nhạy Dexcom G6 (G7 còn chờ). Thuật toán chạy trên tàu, cho phép thao tác thuận tiện mà không cần điều khiển riêng.

Tất cả ba hệ thống được xem là đã uống ), vì họ đòi hỏi người dùng phải thông báo các bữa ăn (hoặc là nhập một số lượng carbonhyd, hoặc bằng cách chỉ định một bữa ăn sắp được ăn.

Bên ngoài hệ thống chỉ insulin, tụy nhân tạo bi-HĐ đã cho thấy lời hứa trong các nghiên cứu, đưa insulin và glucagon qua máy bơm kép. Glucgon tăng huyết nhanh chóng, như một mạng an toàn khi thuật toán dự đoán thấp. Tuy nhiên, sự ổn định lâu dài của glucagon là một thách thức, và không có hệ thống lưỡng cực nào được chấp nhận cho thương mại.

Tìm kiếm những thiết bị không thể dò ra được

Mặc dù hệ thống lai ngoài là một bước tiến lớn, nhưng chúng vẫn cần các thành phần bên ngoài: ống, bơm, máy phát sóng CGM và các miếng vá kết dính. Những gánh nặng này hàng ngày: nguy cơ nhiễm trùng hoặc bị tách ra, tức làn da bị nhiễm trùng, nhu cầu mang nhu cầu hỗ trợ, và tác động tâm lý của việc có các thiết bị y tế thấy được.

Một thiết bị có thể cấy được có thể bao gồm:

  • Một Kế hoạch (FLT: 0] có thể đo lường được trong các chất lỏng liên kết hoặc trực tiếp trong máu, với một đời đo bằng tháng hoặc năm.
  • Một bơm insulin không thể lên kế hoạch với một hồ chứa có thể được thêm vào trên khắp da (qua da) và đưa insulin trực tiếp vào khoang trên không hay một nơi khác.
  • Một đơn vị điều khiển với một thuật toán, bộ nhớ, và giao tiếp không dây để người dùng điều khiển và dữ liệu tải lên - quyền lực một cách mạnh mẽ bởi một bộ ắc quy có thể cấy ghép được ắc quy ợ.

Một số nhóm nghiên cứu và công ty đang thực hiện sự hiện thấy này. Dự án [FLT:] [FLT: 1] [FLT: 1] dự án [FLT: 1] [FLT], giả sử là“ tuyến tụy nhân tạo [FT:] (FTT3) do trường đại học California dẫn đầu, Santa Barbara và Đại học Nam California) đã chứng minh một hệ thống cấy ghép có thể cấy ghép cho một loại tiểu đường, trong khi đó [TTTTTTTTTT: 2 lần] và các cảm biến có thể: [FTTTTT] và các cảm biến có thể tăng gấp đôi các cảm biến đã được đưa vào bên ngoài và đang được đưa vào một hệ thống nghiên cứu về cơ thể cấy ghép.

Tuy nhiên, con đường dẫn đến tuyến tụy nhân tạo hoàn toàn được cấy ghép được lát bằng những thách thức đáng kể.

Những thử thách kỹ thuật trong việc lập kế hoạch

Sự tương thích sinh học và tính đa dạng

Bất cứ thiết bị nào cấy ghép gây ra phản ứng cơ thể nước ngoài: quảng cáo protein trên bề mặt, tế bào miễn dịch và một viên nang chứa xơ hình thành xung quanh mô. Viên này có thể tách các cảm biến ra khỏi chất lỏng liên tục, dẫn đến việc mất độ chính xác. Tương tự, việc phân phối insulin có thể bị suy giảm bởi các phản ứng mô. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu nghiên cứu [FL: 0] bao gồm các chất [FL: 1] (FL: 1] - như chất lỏng hydrogel, chất lỏng trong dung dịch lỏng, chất lỏng đá, và màng xốp - giảm hiệu suất của bệnh viêm và cảm biến trong nhiều tháng hoặc nhiều năm.

Tính chính xác và cân chỉnh cảm biến

Bộ lọc âm không thể giải thích được. Phần lớn bộ cảm biến cấy ghép hiện thời (như Eversense) cần cân chỉnh với các que tay hai lần mỗi ngày. Các hệ thống cấy hoàn toàn có thể cấy ghép cần thiết bộ cảm biến không bị trôi hoặc các thuật toán tự điều chỉnh có thể sử dụng bộ đo thay thế (v. d., dữ liệu từ bộ cảm biến không có đường truyền hoặc đo lường liên tục từ các thiết bị định vị hay các phép đo lường liên tục trong một phòng đơn độc.

Nguồn điện

Một thiết bị bơm và điều khiển có thể cấy ghép cần điện năng. Những bình chứa có thể được nạp lại không dây (v. d., qua kết nối ống dẫn) có thể làm được, nhưng bệnh nhân phải nhớ “nộp máy cấy ghép mỗi ngày hoặc tuần. Những nguồn năng lượng khác dưới sự điều tra bao gồm [FLT: 0] tế bào [FLT: 0] bi [FLT: 1], có thể tạo ra điện từ chất béo và oxy trong cơ thể, hoặc [FL:] máy thu hoạch năng lượng [FL:] [FL3]. Đối với những hoạt động thay thế cơ thể.

Sự liên lạc và an ninh vô tuyến

Thiết bị kế kế phải liên lạc với bộ điều khiển bên ngoài (v. d., điện thoại thông minh hay bộ điều khiển tận tụy) để kiểm tra dữ liệu và người dùng có quyền cao hơn. Liên kết không dây này phải được kháng cự để can thiệp, bảo đảm không cho phép truy cập trái phép (để ngăn chặn khả năng kiểm soát insulin) và năng lượng thấp. Dịch vụ cấy ghép y học (MCS) và năng lượng thấp (có thể) đang được thích nghi với mục đích này, với các giao thức mã hóa để bảo vệ bệnh nhân an toàn.

Nơi ở và chỗ ở của công ty vận chuyển Insulin

Địa điểm giao dịch lý tưởng cho một máy bơm cấy ghép là khoang trực tiếp vì insulin hấp thụ được ở đó tốt hơn là bắt chước tiết tuyến tụy (theo cách gián tiếp vào tĩnh mạch cánh cổng). Tuy nhiên, việc phân phối khí môi trường cần một ống dẫn có thể trở thành lỗ thông có khả năng bị cắt hay bị nhiễm. Sự ổn định lâu dài của insulin trong ống bơm là một vấn đề khác; việc tập trung insulin có thể kết hợp hay giảm thiểu ở nhiệt độ cơ thể.

Sự điều chỉnh và những chướng ngại vật trong bệnh viện

Việc đưa một tuyến tụy nhân tạo được cấy ghép vào thị trường đòi hỏi phải thử nghiệm nhiều cách chữa trị để chứng minh sự an toàn và hiệu quả qua nhiều năm, và nhờ đó mà các nhà phát triển có thể tái tạo hoặc thay thế nhiều thành phần khác nhau (ý thức, bơm, thuật toán) trong một loại cấy ghép duy nhất, và các nhà phát triển sẽ phải chứng minh rằng việc cấy ghép có thể tồn tại trong môi trường hóa sinh học của cơ thể, và nó có thể được tái tạo hoặc thay thế, và tỷ lệ các biến cố nghiêm trọng như nhiễm khuẩn, thiết bị thất bại hoặc insulin quá liều lượng.

Các hệ thống bên ngoài hiện nay chi phí hàng chục ngàn đô la mỗi năm; một thiết bị cấy ghép có thể kéo dài nhiều năm nhưng sẽ cần đầu tư trước từ hệ thống y tế.

Hướng tương lai: Kỹ thuật viên Nano, Al và sinh học hợp nhất

Nhìn xa hơn các thiết bị cơ học, các nhà nghiên cứu đang khám phá cách tạo ra một tuyến tụy có thể được cấy ghép mà không cần quá trình miễn dịch để kết hợp các tế bào sinh học với vật liệu đã được thiết kế. Các tế bào dung nham [FCyte] (hiện nay là tế bào tĩnh mạch tạo ra insulin và glucgon) có thể được cấy ghép mà không cần quá trình miễn dịch, phục hồi hiệu quả các quy định của cơ thể. Các công ty như [FL:2] vi mô [FTTTYE] [FT:] [FTyte] [FL: yếu tố tĩnh mạch] [FT], hoặc một phần của thuốc kháng sinh học VTexx] được báo cáo là liệu pháp trị liệu thay thế cho phép để giảm thiểu khả năng hấp dẫn đến phép.

Nếu kết hợp với một hệ thống cơ học vi mô (MEMS) hoặc một bộ cảm biến hóa điện tử, một tuyến tụy sinh học như vậy có thể thực sự tự trị. Trong khi đó, [FLT: 0] công nghệ [FLT: 0] [FLT: 1] cung cấp t tiềm năng cho insulin phản ứng (incontin-sulin) mà không hoạt động cho đến khi mức độ tăng lượng đường huyết áp, loại bỏ nhu cầu bơm và cảm biến hoàn toàn. Các miếng insulin thông minh nằm trong thử nghiệm lâm sàng, nhưng một phiên bản cấy ghép hoàn toàn có thể cấy ghép vẫn còn là một mục tiêu dài hạn định kỳ.

Cuối cùng, trí thông minh về kỹ thuật ) và dữ liệu lớn đang cải thiện các thuật toán điều khiển.

Kết luận: Con đường phía trước

Cuộc tìm kiếm cho một tuyến tụy nhân tạo đầy đủ là một trong những kỹ thuật và những thách thức y học đầy tham vọng nhất thời chúng ta. trong khi hệ thống lai đóng kín bên ngoài đã biến đổi bộ quản lý tiểu đường cho hàng trăm ngàn người, giải pháp cuối cùng - một thiết bị sống bên trong cơ thể, yêu cầu bảo trì tối thiểu, và tự động thích nghi với cuộc sống của bệnh nhân - vẫn còn ở chân trời. phát triển trong vật liệu sinh học, sức mạnh, không dây, cảm biến và thuật toán đang tăng tốc.

Trong vòng một thập kỷ tới, chúng ta có thể thấy một nghiên cứu lâm sàng đầu tiên về một tuyến tụy nhân tạo hoàn toàn có thể cấy ghép vào người. sự kết hợp của liệu pháp tế bào, vật liệu thông minh và AI có thể dẫn đến một thiết bị không chỉ cấy ghép mà còn tái tạo lại một cơ quan nhân tạo thực sự thay thế chức năng bị mất của tuyến tụy sinh học. cho hàng triệu người sống với loại tiểu đường, và cho vô số người khác sẽ được lợi ích từ công nghệ này, cuộc hành trình tiếp tục với sự lạc quan và sự đổi mới không ngừng nghỉ.