Разработки искусственной поджелудочной железы

Лиаму Зебеди понадобились инсулиновая помпа, пара контроллеров и несколько программ с открытым исходным кодом.

Здоровая поджелудочная железа вырабатывает инсулин и знает, когда и сколько его нужно — в ответ на изменение уровня глюкозы в организме. У больных диабетом поджелудочная железа работает с нарушениями.

Диабетики принимают инсулин для усвоения углеводов, по наитию определяя дозировки. В разной пище — разное количество углеводов со своим гликемическим индексом (скоростью усвоения). Законы разрешают производителям закладывать в информацию о пищевой ценности отклонения до 10% от того или иного значения.
Плохой сон нарушает метаболизм, при пробуждении инсулина требуется больше — как и при стрессе или болезни.
Организм менее восприимчив к инсулину, когда уровень сахара в крови больше положенного.

Диабетики, контролируя приём инсулина, занимаются математической оптимизацией, считает Зебеди. Его искусственная поджелудочная железа занимается тем же самым, только процесс на 80% автоматизирован.

Оборудование

Глюкометр FreeStyle Libre CGM.
Трансмиттер Miaomiao — передаёт данные с Libre (работает на NFC) на телефон по Bluetooth.
Nightscout — программа с открытым исходным кодом для хранения и визуализации данных для диабетиков первого типа (инсулин практически не вырабатывается организмом). Хостинг — Heroku.
Приложение xDrip, которое принимает данные по Bluetooth и отправляет их в Nightscout.
Инсулиновая помпа Medtronic — для инъекций инсулина.
Intel Edison + Explorer HAT — плата с поддержкой Wi-Fi и радиокоманд частотой 900 МГц.
Аккумулятор на 4400 мА.
OpenAPS — «операционная система» искусственной поджелудочной. Выгружает данные из Nightscout, прогнозирует и подстраивает доставку инсулина помпой, подгружает данные в Nightscout для непрерывного отслеживания. Исходный код открыт.

Цены

Помпа у разработчика уже была, стоит она, как правило, около €3100.
FreeStyle Libre CGM — €70 за считыватель (разовая трата) и €140 в месяц на сенсоры.
Трансмиттер Miaomiao — €200.
Хостинг Heroku для Nightscout — бесплатно.
xDrip — Зебеди пришлось купить годовую лицензию разработчика за €93, чтобы установить программу на телефон: Apple запрещает его загрузку в App Store.
Intel Edison обошёлся в €57. Мини-компьютер не продаётся уже два года, поэтому пришлось как следует поискать на Amazon и eBay.
Explorer HAT — плату изготовила компания Enhanced Radio в США за €68.
Аккумулятор Adafruit за €50 ёмкостью в два раза больше нужной — просто на всякий случай.
OpenAPS — бесплатно, открытый исходный код.

Итого, исключая помпу: €608.

Ежемесячные траты, исключая инсулин: €140.

Сборка

На сборку Зебеди потратил около девяти часов:

Час на чтение документации по OpenAPS, она очень большая.
Два часа на загрузку Jubilinux и настройку Edison.
Два с половиной часа на загрузку пакетов и библиотек с помощью APT и NPM. Поскольку OpenAPS — обычный набор простейших Bash-скриптов, всё пришлось загружать заново.
Час на покупку лицензии разработчика Apple и установку xDrip.
Час на настройку хостинга для Nightscout, с аутентификацией и особыми плагинами для OpenAPS.
Два часа на устранение багов. Система почему-то не считывала показатели из Nightscout. Не сумев устранить неполадки, Зебеди обратился за помощью в Gitter. Оказалось, проблема была в приложении Tomato, которым он пользовался для отслеживания уровня сахара в крови. Поэтому разработчик переключился на xDrip.

Все нужные детали

Трансмиттер Miaomiao

Инсулиновые помпы (Зебеди использовал нижнюю)

Модуль Intel Edison

Подключение к модулю Edison через USB Serial. Зебеди использовал путь /dev/tty.usbserial-xyz 115200

Установка Jubilinux

Настройка протоколов SSH

Лог OpenAPS

OpenAPS предельно проста благодаря большому собранию Bash, Python и JavaScript. В этот момент Зебеди столкнулся со стектрейсом ниже (список строк кода, которые были вызваны до возникновения в приложении сбоя).

myopenaps/monitor/glucose.json: Unexpected end of JSON input

Разработчик установил xDrip на замену Tomato. Первая — с открытым исходным кодом, что, замечает Зебеди, видно по простому дизайну.

Интерфейс xDrip

Зебеди написал в Gitter, и через час ему помогли решить проблему: не хватало параметра dateString.

Сообщение Зебеди

После код заработал.

Использование

Ниже — интерфейс Nightgraph. Зебеди пометил цифрами четыре основных элемента:

Статус системы.
Динамика уровня сахара в крови.
Прогноз OpenAPS.
Введение инсулина помпой.

OpenAPS каждые пять минут корректирует базальные профили, или дозировки подачи инсулина («Как OpenAPS принимает решения»). Основные параметры, которые вычисляет система:

Разница между текущим уровнем сахара в крови и средним за последние пять минут.
Среднее изменение уровня сахара за 15 и 45 минут.
Количество инсулина в организме: это важно, поскольку он расходуется неинтуитивно, оставаясь в теле какое-то время, а не исчезая вместе с переработанной глюкозой.
Чувствительность к инсулину.

Средний уровень сахара в крови — производная от предыдущих средних показателей, а количество инсулина в организме представляет собой экспоненциальную кривую

Документация OpenAPS

Кроме того, OpenAPS замечает, когда Зебеди заболевает. За сутки до первых симптомов уровень сахара в крови у него значительно повышается.

OpenAPS, отмечает разработчик, — не панацея. Ему по-прежнему нужно принимать инсулин перед едой, да и с алкоголем система тоже не поможет. Тем не менее с OpenAPS ему гораздо удобнее и спокойнее.

Собранное устройство

Слева — трансмиттер Miaomiao, справа — датчик глюкометра

Инсулиновая помпа

{
«author_name»: «Кирилл Казаков»,
«author_type»: «editor»,
«tags»: [«u0437u0434u043eu0440u043eu0432u044cu0435″,»javascript»],
«comments»: 51,
«likes»: 26,
«favorites»: 17,
«is_advertisement»: false,
«subsite_label»: «dev»,
«id»: 84930,
«is_wide»: true,
«is_ugc»: false,
«date»: «Mon, 30 Sep 2019 13:36:03 +0300»,
«is_special»: false }

Источник

Сахарный диабет можно охарактеризовать как сложное нарушение в работе эндокринной системы, имеющее широкую распространенность. Патология приводит к проявлению изменений процессов углеводного обмена.

Основная опасность подобного недуга состоит в высокой вероятности проявления последствий, диабет имеет множество органов-мишеней. Причина развития заболевания состоит в нарушениях работы поджелудочной железы или снижения восприимчивости тканей организма к инсулину. На этом фоне происходит сбой процессов продуцирования гормона.

Заболевание приводит к существенному снижению качества жизни пациента и выступает причиной многих ограничений. Больной должен регулярно проводить измерения показателей сахара при помощи глюкометра и вводить инсулин, соблюдать жесткую диету.

Разработки механизмов, позволяющих улучшить жизнь пациента, идут и в настоящее время. Настоящим мировым прорывом стало изобретение искусственного аналога поджелудочной железы. С принципом работы аппарата предстоит ознакомиться читателю.

Искусственная поджелудочная железа – прорыв в лечении сахарного диабета.

Что представляет собой искусственная поджелудочная железа?

Внешний вид устройства.

Искусственная поджелудочная железа (на фото) представляет собой специальное медицинское устройство, выступающее более совершенным аналогом инсулиновой помпы. Искусственная поджелудочная железа представляет собой беспроводной аналог инсулиновой помпы, обеспечивающий регуляцию показателей сахара в крови при помощи своевременной подачи инсулина. Управление устройством осуществляется при помощи любого планшета или смартфона со специальной установленной программой.

Основным предназначением искусственного органа является контроль показателей сахара в крови и своевременная подача инсулина при наличии необходимости. Такое устройство помогает пациентам при сахарном диабете 1 типа забыть о необходимости проведения постоянных тестов с использованием глюкометра.

Прибор – успешное сочетание главных функций.

Специальное приложение, устанавливаемое на смартфон пациента, позволяет активно использовать следующие функции, рассмотренные в таблице:

Функции искусственной поджелудочной железы1.Обеспечение регулярного мониторинга над показателями сахара в крови пациента.2.Осуществление управления над инсулиновой помпой.3.Позволяет осуществлять контроль над гликемией.4.Позволяет упростить процесс обращения за помощью в дистанционном режиме.5.Обеспечивает передачу данных обследования на ПК лечащего врача.

В настоящее время устройство не прошло окончательное освидетельствование, но его цена известна. Особенности разработки устройства, механизм его действия и принцип работы рассмотрены в видео в этой статье.

Контроль над работой прибора осуществляется при помощи смартфона.

Важно! Основное предназначение искусственной поджелудочной железы – профилактика опасных осложнений СД. Устройство обеспечивает минимизацию риска их возникновения.

Проводимые испытания

В настоящее время метод не нашел широкого применения в РФ.

В 2016 году в рамках исследования, проводимого за счет Национального института здоровья, проводились клинические испытания позволяющие установить эффективность работы искусственного органа. Первый этап тестирования подразумевал проведение контроля над использованием устройства у 240 человек, с диагнозом сахарный диабет первого типа в течение полугода.

Эффективность искусственного органа в ходе эксперимента сравнивалась со стандартной инсулиновой помпой по классическим параметрам:

удобство и достоверность получения данных о изменении показателей сахара в крови пациента;
вероятность развития гипогликемии при использовании устройства (повышается или снижается риск;
удобство использования прибора пациентом.

Насколько безопасен метод.

Во второй части эксперимента участие приняли 180 пациентов, успешно прошедших первый этап исследования. В ходе проведения испытания исследовался усовершенствованный алгоритм работы аппарата.

Работа поджелудочной железы здорового человека

Поджелудочная железа – орган пищеварительной системы, обладающий внутреннесекреторной и внешнесекреторной функциями. Внешнесекреторная функция обеспечивается производством панкреатического сока, в составе которого присутствуют пищеварительные ферменты.

Какие функции поджелудочная обеспечивает в организме здорового человека?

Поджелудочная железа человека производит гормоны и принимает непосредственное участие в обменных процессах. Обеспечивает углеводный, жировой и белковый обмен.

В поджелудочной человека находятся островки Лангерганса, работающие в качестве желез внутренней секреции. Именно они выделяют в системный кровоток инсулин и глюкогон – гормоны, регулирующие метаболические процессы. Разрушение подобных клеток приводит к нехватке инсулина и провоцирует развитие сахарного диабета 1 типа.

Внедрение искусственного заменителя

Что о методе думают врачи.

Информация о создании искусственного аппарата, замещающего работу поджелудочной железы, вызвало фурор среди пациентов с диагнозом СД. Информация о разработке подобного приспособления дарит надежду на полноценную жизнь миллионам диабетиков, в то время как врачи относятся к такому изобретению с долей скептицизма.

Связано это с тем, что врач, контролирующий подобную терапию, должен будет полностью разобраться в ее принципе, а это довольно сложно.

Метод позволит диабетику избавиться от обыденных процедур.

При СД пациент испытывает постоянную нужду во введении гормона инсулина при помощи шприцев или инсулиновой помпы. Инъекции приходится делать минимум 2 раза в сутки, а в некоторых случаях 3-4.

Не смотря на существующие методы контроля над показателями сахара, подобрать на 100% адекватную дозировку вещества просто невозможно, потому вводимые пациентом дозы не всегда соизмеримы с потребностями его организма.

Специалисты Кембриджского университета констатируют тот факт, что аппарат, носящий название искусственная поджелудочная железа наилучшим образом подходит для постоянного контроля над течением патологии и введения требуемых доз инсулина. Высокая точность устройства позволяет подбирать дозировки с минимальными погрешностями.

Специалисты из российской федерации говорят о том, что такая система может работать, но адаптировать ее будет крайне сложно. Придется уделить особое внимание переподготовке медперсонала. С некоторыми сложностями могут столкнуться и сами пациенты, обучающиеся в течение нескольких лет жизни с диабетом по стандартной схеме.

Метод является безопасной альтернативой процедуре трансплантации.

До недавних пор, единственным вариантом возвращения пациента к жизни без диабета была операция по трансплантации поджелудочной железы. Проведение вмешательства такого характера сопряжено с рисками и определенными сложностями.

Инструкция по подготовке к операции довольно сложна потому метод не нашел широкой распространенности. Подобное вмешательство проводилось лишь по жизненным показаниями при условии возможности подбора подходящего биологического материала.

Безусловно, искусственная поджелудочная железа не дает пациенту жизнь без диабета, но такой аппарат в буквальном смысле возлагает на себя ответственность за течение СД у пациента.

Стоит сделать вывод о том, что создание такого аппарата – существенный прорыв в эндокринологии и диабетологии в частности. Возможно, методика получит широкую распространенность и избавит пациентов от постоянной необходимости во введении инсулина при помощи шприца, контроля и подбора доз и постоянного проведения замеров, отображающих показатели сахара в крови.

Источник

Патология сахарный диабет (СД) считается очень распространённым недугом, связанным с нарушением эндокринной системы. Заболевание не только влечет за собой изменения в углеводном обмене, но и чревато тяжёлыми осложнениями. Также сахарный диабет причислен к факторам, провоцирующим развитие хронических патологий сердца. Как известно, ХСН — довольно опасное заболевание. Зачастую именно сердечная недостаточность приводит к инвалидизации и снижению качества жизни.

Сахарный диабет развивается вследствие недостаточности эндокринной части поджелудочной железы или снижения резистентности тканей. В итоге инсулин перестаёт вырабатываться и попадать в кровь. Данный гормон нужен, чтобы происходил обмен углеводов, в частности глюкозы.

Большую опасность для здоровья представляет 1-й тип сахарного диабета, характеризующийся нарушением выработки инсулина. Чаще всего он проявляется в раннем возрасте (подростковый период), поэтому быстро приводит к повреждению нервной ткани, эндотелия сосудов, нефро- и ретинопатии.

На протяжении последних лет все чаще стала появляться информация о разработке такого изобретения, как искусственная поджелудочная железа. По данным учёных, подобный аппарат позволит существенно облегчить существование пациентов, больных СД.

искусственная поджелудочная железа

Что такое искусственная поджелудочная железа?

Поджелудочная железа относится к органам пищеварительной системы. Основное её предназначение – выработка ферментов, необходимых для осуществления усваивания еды в кишечнике. Помимо этого поджелудочная железа имеет эндокринную часть. В ней вырабатываются гормоны – глюкагон, соматостатин, инсулин. При нарушении продукции последнего развивается 1-й тип сахарного диабета. Искусственная поджелудочная железа – это устройство, благодаря которому должна осуществляться выработка инсулина в кровь. Данный аппарат представляет собой встроенный механизм, выполняющий функцию поврежденного органа.

искусственная поджелудочная железа появится

Механизм действия заменителя поджелудочной железы

Аппарат искусственной поджелудочной железы состоит из двух связанных механизмов. Первый – это инсулиновая помпа. Она была изобретена ранее и значительно облегчила жизнь пациентам с сахарным диабетом. Данное устройство представляет собой резервуар, в котором содержится инсулин короткого действия.

Как известно, больные с диагнозом «сахарный диабет» вынуждены постоянно подсчитывать количество съеденных углеводов и вводить гормон подкожно перед каждым приёмом еды. Чтобы этого избежать, была изготовлена инсулиновая помпа. В ней содержится достаточное количество инсулина, который поступает в кровь самостоятельно, то есть без инъекций. Кроме того, препарата, содержащегося в помпе, хватает на несколько дней.

аппарат искусственной поджелудочной железы

Второй механизм, имеющийся в составе искусственного «органа», — это глюкометр. В отличие от инсулиновой помпы, этот прибор не имплантируется под кожу пациента. Он необходим с целью осуществления мониторинга уровня глюкозы в крови. Оба описанных механизма были изобретены ранее. Отличием этого устройства является то, что в нем соединены эти 2 аппарата. Кроме того, оно работает в автономном режиме. При использовании инсулиновой помпы пациенту требуется постоянно вводить значение измеряемой величины глюкозы и рассчитывать дозу вводимого препарата. Искусственная поджелудочная железа поможет избавить больных от этой обязанности.

Особенностью изобретения является то, что система мониторинга напрямую сообщается с инсулиновой помпой. Данный механизм носит название «система закрытой петли». Чтобы устройство исправно работало, контроль над ним осуществляет опытный специалист, который имеет возможность следить за функционированием аппарата дистанционно. Благодаря этому изобретению жизнь пациентов, страдающих 1-м типом сахарного диабета, не будет отличаться от здоровых людей. Ведь изобретение способно полностью восстановить работу поврежденного органа.

чудо техники искусственная поджелудочная железа

Функции искусственной поджелудочной железы

Основным предназначением изобретенного «органа» считается осуществление контроля над обменом углеводов. В норме эту функцию выполняет гормон инсулин. При СД 1-го типа данное биологически активное вещество не продуцируется поджелудочной железой. Поэтому гормон необходимо вводить в кровь извне. Чтобы приблизить жизнь пациентов к нормальному существованию, был изобретен искусственный орган. К основным функциям устройства относятся:

Постоянный мониторинг уровня сахара в крови. Измерение проводится автономно каждые 5 минут.
Введение инсулина короткого действия из помпы при гипергликемии. Поступление гормона в кровь должно осуществляться постоянно, в частности при употреблении пищи и выполнении физических нагрузок.
Беспрерывный контроль устройства за сочетанной работой глюкометра и инсулиновой помпы.

Также к функциям аппарата следует отнести снижение риска развития осложнений сахарного диабета и улучшение качества жизни пациентов.

История создания искусственной поджелудочной железы: разработка изобретения

Учитывая то, как быстро в медицине происходят изменения в лучшую сторону, не стоит удивляться тому, что совсем скоро должен появиться такой прибор, который сможет полностью изменить жизнь пациентов, страдающих от инсулинозависимого СД. К сожалению, несмотря на развитие трансплантологии, решить проблему заменой больного органа на здоровую поджелудочную железу практически невозможно. Всё же к 2014 году стало известно о разработке прибора, способного наладить углеводный обмен без рискованной операции. В это время учёные впервые заявили о возможности создания аппарата, который сможет заменить поджелудочную железу. Исследования ведутся во многих странах. По заявлению разработчиков чудо-техники, искусственная поджелудочная железа станет применяться уже в 2018 году. Если расчёты докторов верны, то в скором времени сахарный диабет перестанет быть одним из грозных заболеваний, каковым он считается до сих пор.

история создания искусственной поджелудочной железы

Клинические испытания изобретения

На протяжении двух лет проводятся крупные научные исследования, позволяющие в ближайшем будущем внедрить в практику такое устройство, как искусственная поджелудочная железа. Появится аппарат, по заявлению ученых университета Виргинии, в 2018 году. Первое масштабное клиническое испытание было направлено на тестирование устройства, работающего по принципу «замкнутой петли». В настоящее время осуществляется оценка эффективности прибора.

Отзывы ученых и врачей об изобретении

Изучением и разработкой чуда техники занимаются ученые многих передовых институтов диабетологии. По мнению врачей, устройство станет одним из великих достижений в области медицины.

Источник