Бионическая поджелудочная железа в терапии сахарного диабета 1 типа

На страницах New England Journal of Medicine массачусетские ученые заявили о создании бионической поджелудочной железы, которая поможет контролировать уровень глюкозы у больных сахарным диабетом 1 типа.

Бионическая поджелудочная железа призвана заменить используемые сегодня инсулиновые помпы.

Каждый год более 30 000 жителей Соединенных Штатов впервые слышат страшный диагноз – сахарный диабет 1 типа.

Это тяжелое аутоиммунное заболевание, при котором поджелудочная железа прекращает выработку гормона инсулина, необходимого для усвоения клетками глюкозы. Ученые считают, что это состояние развивается из-за того, что иммунная система больного поражает бета-клетки собственной поджелудочной железы.

Революционное устройство было создано исследователями из Массачусетской общей больницы (Massachusetts General Hospital) и Бостонского университета (Boston University). Бионическая поджелудочная железа состоит из смартфона, соединенного с аппаратом для непрерывного мониторинга уровня глюкозы и двух помп, которые доставляют в организм необходимые дозы гормонов каждые 5 минут.

Исследовательская команда во главе с доктором Стивеном Расселлом (Steven Russell) из отделения диабетологии Массачусетской общей больницы и инженером Эдвардом Дамиано (Edward Damiano) из отделения биомедицинского инжиниринга BU провела тестирование первого поколения своего устройства еще в 2010 году. Этот эксперимент, в котором участвовали 27 человек с сахарным диабетом 1 типа, был проведен в строго контролируемой больничной среде. Во время него пациенты получали только назначенный врачом рацион и большую часть времени находились в постели.

Но теперь ученые создали новый, носимый прототип устройства, который, по словам доктора Расселла, позволяет пациентам «оставаться гораздо ближе к привычному окружению, упражняться в спортзале и есть то, что они предпочитают».

Адаптация устройства к потребностям больных

Оригинальная версия устройства, хотя и дала положительные результаты, но имела некоторые недостатки, которые не позволили бы использовать бионическую поджелудочную железу за пределами больницы. К примеру, система контроля глюкозы была неспособна адаптироваться к изменяющимся условиям, а также к отличающимся потребностям взрослого и ребенка.

Ученые отмечают, что у подростков быстрый рост и гормональные изменения означают, что потребность в инсулине может существенно отличаться от таковой для взрослых людей с той же массой тела. Кроме того, несмотря на относительную предсказуемость потребности в инсулине взрослого человека, при расстройстве желудка или обыкновенной простуде требуемые дозы инсулина могут меняться.

Учитывая все перечисленное, исследователи ввели множество доработок в программное обеспечение устройства, поэтому теперь оно способно адаптироваться к индивидуальным потребностям пациента. Более того, они добавили в систему смартфон, что позволило без проводов активировать две помпы – одна высвобождает инсулин, а вторая глюкагон.

Ученые поясняют, что каждые 5 минут смартфон, такой как используемый в экспериментах iPhone 4S, получает показатели уровня глюкозы от датчика глюкозы непрерывного действия. Затем программное обеспечение смартфона выполняет расчет необходимой дозы инсулина, исходя из индивидуальных параметров пациента. После этого помпа вводит нужную дозу, и сахар держится на оптимальном уровне.

Смартфон также снабжен программным обеспечением, которое требует, чтобы пациент перед приемом пищи вводил в него информацию о блюдах. Имеется в виду оценка содержания углеводов в порции – низкое, высокое или среднее. Команда утверждает, что это значительно проще, чем традиционные подсчеты количества съеденных углеводов.

Тестирование устройства на взрослых и подростках

Для первого этапа своего исследования команда отобрала 20 участников в возрасте старше 21 года с сахарным диабетом 1 типа, которые носили устройство на протяжении 5 дней. Все участники жили дома, некоторые контролировали свой сахар при помощи инсулиновой помпы.

Во время эксперимента всех их на всякий случай просили не покидать трехмильную зону вокруг центра Бостона, поэтому помощники исследователей могли все время проверять их состояние. При использовании бионической поджелудочной железы к участникам прикреплялась медсестра, которая находилась рядом круглосуточно. Участникам разрешалось выбирать любой уровень физической активности, какой им нравится. Они также могли питаться в ресторане.

Во втором этапе исследования было задействовано 32 участника в возрасте 12-20 лет с сахарным диабетом 1 типа, которые находились в летнем лагере все время проведения эксперимента. При использовании бионической поджелудочной железы уровень глюкозы у тинэйджеров дистанционно отслеживался медицинским персоналом, находящимся в лагере. Участники следовали одинаковому распорядку дня и ели одни и те же блюда.

В обеих группах бионическая поджелудочная железа выдавала предупреждение о слишком резком падении уровня глюкозы в крови и необходимости употребить дополнительную порцию углеводов.

«Замечательные» результаты

Ученые сравнили эффективность нового устройства во взрослой и подростковой группе. Доктор Расселл говорит, что они были удивлены результатами каждой фазы исследования. По его словам, пациенты с бионической поджелудочной железой не только имели более низкий средний уровень глюкозы по сравнению с людьми на инсулиновой помпе, но и испытывали значительно меньше эпизодов гипогликемии.

«Страх гипогликемии может ограничивать попытки людей держать в рамках свой уровень сахара, а это очень важно для профилактики долговременных осложнений сахарного диабета. Поэтому наш результат просто замечательный», — говорит доктор.

В обеих группах – подростковой и взрослой – средний уровень глюкозы составлял 159 мг/дл (8,8 ммоль/л). Но разница у людей, которые использовали бионическую поджелудочную железу, была значительной – 133 мг/дл (7,4 ммоль/л) у взрослых и 142 мг/дл (7,9 ммоль/л) у подростков.

Для большинства больных диабетом, кроме беременных женщин, Американская ассоциация диабета (American Diabetes Association) рекомендует поддерживать средний уровень глюкозы на уровне 154 мг/мл (8,5 ммоль/л) – 70-130 мг/дл (3,9-7,2 ммоль/л) перед едой и не более 180 мг/мл (10 ммоль/л) после приема пищи.

Комментируя полученные результаты, Дамиано сказал: «В обоих наших исследованиях данное устройство превзошло все ожидания в плане способности регулировать уровень глюкозы, предотвращать гипогликемию и автоматически адаптироваться к индивидуальным потребностям взрослых пациентов, некоторые из которых очень чувствительны к инсулину, а также подростков, которые обычно нуждаются в больших дозах инсулина. Сегодня нет методов контроля диабета, которые давали бы подобные результаты».

Константин Моканов: магистр фармации и профессиональный медицинский переводчик

Нормальное функционирование поджелудочной железы обеспечивает переработку основных компонентов пищи, необходимых для жизнедеятельности, и синтеза инсулина. Очевидно, что при сахарном диабете работа данного органа нарушается. На фоне диабета II типа нередко развивается панкреатит, который получил звание диабетический. Классическая медикаментозная терапия позволяет добиться неплохих результатов в лечении диабетической болезни любого типа и восстановлении функций поджелудочной железы. Сбалансированная диета, правильный режим питания и умеренные физические нагрузки позволяют пациентам добиваться устойчивой ремиссии. Однако в ряде случаев требуется пересадка. Операция может потребоваться при диабетической болезни любого типа. Обычно проводят пересадку «островковых» клеток, синтезирующих инсулин.

Показания к проведению операции

Сахарный диабет сам по себе не является показанием к проведению трансплантации. Операция может быть рекомендована при:

При удачном проведении операции все функции органа полностью восстанавливаются. Наибольшую эффективность пересадка демонстрирует на ранней стадии заболевания, поскольку в дальнейшем к основному недугу присоединяются второстепенные нарушения, препятствующие естественному восстановлению. На фоне прогрессирующей ретинопатии результат хирургического лечения может быть противоположным, однако риск развития осложнений не превышает вероятности наступления ухудшений при отказе от операции.

Суть метода трансплантации

Для проведения операции необходим материал от донора. Кандидаты проходят жесткий отбор, прежде чем становятся донорами. Пациенту также может быть отказано в пересадке. Серьезные проблемы с печенью, сердцем или почками, которые нередко возникают при сахарном диабете I типа, повышают риск развития осложнений после операции. Отказом для проведения хирургического лечения могут послужить такие заболевания, как рак или туберкулез.

В ходе трансплантации поджелудочной железы осуществляется центральный разрез живота. Пересаживаемый орган помещают справа от мочевого пузыря. Сшивают сосуды. Это довольно сложная процедура, поскольку поджелудочная железа отличается повышенной хрупкостью. Удалять собственный орган пациента нецелесообразно. Несмотря на то, что он частично перестает выполнять свои функции, он по-прежнему участвует в процессе пищеварения. По завершении операции полость зашивают, оставляя отверстие для отвода лишней жидкости.

Операция проводится под общим наркозом и длится около 4 часов. При удачном проведении пересадки пациент теряет зависимость от инсулина и полностью излечивается от диабетической болезни. Однако следует понимать, что добиться подобных результатов можно только на раннем этапе заболевания. При наличии серьезных сопутствующих недугов полностью восстановить работу внутренних органов будет невозможно. Нередко пересадку поджелудочной железы совмещают с трансплантацией иных органов, которые перестают выполнять свои функции.

Замещение островков Лангерганса

Несколько иначе выглядит операция по замещению «островковых» клеток. Ее проводят при сахарном диабете любого типа. Из поджелудочной железы донора с помощью энзимов извлекаются клетки островков Лангерганса. Клетки берут у одного или нескольких доноров сразу. Донорские клетки вводят через катетер в воротную вену печени, там они получают кровоснабжение и начинают отвечать выделением инсулина на повышение уровня сахара. Реакция трансплантированных клеток проявляется незамедлительно и в течение последующих дней их функции значительно повышаются. В 50% случаев пациенты полностью освобождаются от инсулиновой зависимости. Несмотря на то, что функции поджелудочной железы полностью не восстанавливаются, удается достичь высоких терапевтических результатов при минимальных рисках последующих осложнений.

Полностью вылечить сахарный диабет таким способом возможно только при отсутствии существенных патологий внутренних органов. Однако данная операция позволяет предотвратить серьезные метаболические нарушения и остановить развитие диабетической болезни.

Из всех типов существующих операций клеточная трансплантация является самой безопасной. Случаев развития злокачественных опухолей или летальных исходов зафиксировано не было. Трансплантация «островковых» клеток может быть рекомендована при любом типе сахарного диабета на фоне патологических нарушении функций поджелудочной железы.

Подготовка к операции

При сахарном диабете I типа лечение инсулином продолжается вплоть до проведения трансплантации. Если пациент проходит медикаментозное лечение, необходимое для поддержания здоровья в оптимальном состоянии, то график лечения остается неизменным на всем этапе подготовки.

Независимо от типа заболевания, пациент проходит обследование сердечно-сосудистой системы, сдает общие анализы, посещает эндокринолога и нефролога, а также иных узких специалистов при наличии осложнений на фоне сахарного диабета. Врач трансплантолог должен оценить состояние поджелудочной железы и ознакомиться с результатами исследований, полученных на этапе подготовки.

Незадолго до операции необходимо прекратить прием препаратов, разжижающих кровь. Не менее чем за 8 часов до хирургического вмешательства прием пищи и жидкости прекращается.

Постоперационный период

В течение суток после операции пациент не должен покидать больничной койки. Спустя сутки разрешается употребление жидкости, через три дня – допустимо употребление пищи. Поджелудочная железа начинает функционировать в нормальном режиме непосредственно после проведения трансплантации. Однако возвращение к повседневной жизни возможно не ранее чем через неделю после проведения хирургического вмешательства.

В течение двух месяцев происходит полное восстановление. Пациенту предлагаются препараты для подавления иммунной системы во избежание отторжения. На этот период следует ограничить контакты с другими людьми и пребывание в общественных местах из-за высокого риска подцепить инфекцию.

Независимо от типа трансплантации, пациенты пожизненно должны принимать иммуносупрессивные препараты, которые будут ослаблять иммунитет, защищая от возможного отторжения и повышая риск некоторых видов рака. Именно поэтому пациентам должны быть предложены препараты, направленные на профилактику онкологических недугов, преимущественно органов пищеварения.