Днес алгоритмите навсякъде опознават нуждите на човек и съответно персонализират преживяванията. Музикални услуги приспособяват плейлисти. Търговците на дребно предлагат конкретни препоръки за продукти. Платформите за социални медии непрекъснато изчисляват следващото най-добро съдържание за показване в реално време.
Свързано съдържание
- Устройство за мониторинг на кръвта, вдъхновено от комарите
Биомедицинският инженер от университета в Бостън Едуард Дамиано и неговите колеги, включително старши учен изследовател Фирас Ел-Хатиб, са използвали подобна логика за справяне с медицинско предизвикателство: как автоматично да регулират нивата на инсулин и глюкагон при пациенти с диабет тип 1, в реално време.
Екипът разработва и тества, с група в Обща болница в Масачузетс, устройство, наречено бионичен панкреас. Въпреки че името може да създаде видения за Iron Man и супер-ботове, действителният продукт е адаптация на общи инструменти, които много пациенти от диабет тип 1 вече използват.
В момента пациентите носят външни инсулинови помпи, често на корема. Преносимата помпа доставя инсулин на своите потребители чрез катетър или пластмасова тръба, поставена под кожата на корема им, но тя трябва да се проверява редовно, за да се уверите, че прави това с правилните темпове. Заедно помпата, катетърът и стоманената или тефлонова игла, които влизат под кожата, съставляват това, което се нарича "инфузионен комплект". Пациентите разчитат и на сензори за непрекъснат глюкоза. Малкият сензор се вкарва под кожата заедно с неговия предавател, подобно на помпата, и се задържа на място с лентоподобно лепило. Той следи нивата на глюкозата и предава тази информация на външно устройство, използвайки електрически сигнал. В момента пациентите също трябва ръчно да проследят информацията, която сензорът предоставя.
Бионният панкреас използва контролен алгоритъм за свързване на тези две части. Той действа като мост между сензора за непрекъснат глюкоза и помпата, като извежда постоянната необходимост да проверявате всеки от тях.
Как работи: сензорът улавя кръвната захар на индивида и изпраща тези данни на смартфон. Алгоритъмът за управление, който работи на смартфона, използва току-що получените данни, за да определи нуждите на пациента от инсулин и глюкагон. Смартфонът използва Bluetooth сигнал, за да изпрати тази информация до две помпи, които пациентът носи, една за инсулин и една за глюкагон, които след това администрират необходимите количества от всяка.
Използвайки Bluetooth сигнал, смартфонът комуникира с две помпи, една за инсулин и една за глюкагон. (Bionic Pancreas Team) Алгоритъмът
Гръбнакът на устройството е алгоритъмът за управление Дамиано и неговият екип са разработили. Започва с запознаване с няколко ключови параметъра за пациентите - тяхната възраст, теглото им и най-важното - състава на кръвната им захар и как тя се променя. След като разполага с тази информация, алгоритъмът дава точна препоръка на всеки пет минути, 24 часа на ден, за общо 288 основни ежедневни решения за това колко инсулин или глюкагон трябва да изпускат помпите им в кръвообращението на пациента.
"Ние сме развълнувани от разработването на подход, който може да намали тежестта на диабета", казва Стивън Ръсел, главен изследовател в клиничния екип.
Диабетиците се нуждаят от инжекции с инсулин, когато кръвната им захар е твърде висока и глюкагон, когато е твърде ниска, за да се предотвратят състояния като хипергликемия и хипогликемия. Синдромът "мъртъв в леглото" е рядко, но внезапно, фатално колебание на кръвната захар, което може да възникне, докато млад човек с диабет тип 1 спи. Понастоящем пациентите с диабет трябва постоянно и ръчно да следят кръвната си захар, за да се гарантира, че тя няма да скочи или спадне до опасни нива. Според Салех Ади, основател и директор на Клиниката за детски диабет Медисън в Калифорнийския университет в Сан Франциско, средният пациент проверява кръвната си захар между 4 до 10 пъти дневно.
Ежедневен живот с бионичен панкреас
Както е днес, потребителят трябва да калибрира бионичния панкреас два пъти на ден, като удря показалец и осигурява капка кръв, за да съобщи нивата на глюкоза преди закуска и вечеря. Тези стойности се използват като референтни точки. Потребителят може също да обяви хранене, предупреждавайки устройството за предстоящи промени в кръвната захар. През целия ден системата ще има за цел да докара пациента възможно най-близо до целевото му ниво на глюкоза. Потребителите трябва да заменят консумативите си с глюкагон и инсулин ежедневно, като презареждат резервоарите в своите помпи, въпреки че екипът се надява това да стане по-рядко, тъй като в областта се постигат повече научни постижения. Крайната цел е да се развие бионичен панкреас, който да може да работи напълно автономно.
„Докато продължавате да се променяте в ежедневен график, това нещо ще продължи да се приспособява към вас по време, което е уместно“, казва Дамиано.
Тази система е една от първите, които успяха да прилагат както инсулин, така и глюкагон. Предишните версии на екипа, заедно с други устройства от университета в Кеймбридж, UC Санта Барбара и Университета на Вирджиния, бяха в състояние само да осигурят инсулин поради това колко нестабилен глюкагон е в разтвор.
Лична причина
15-годишният син на Дамяно, Дейвид, има диабет тип 1. Диагнозата му като бебе е това, което вдъхнови Дамиано да създаде това устройство.
„Когато синът ми беше на около една година, ми хрумна, че може да има начин да играя роля за подобряването на грижите му“, казва Дамиано, който работеше по математически модел на притока на кръв в тялото.
Работата му с Ел-Хатиб върху бионичния панкреас започва през 2001 г., време, когато необходимата технология все още се развива. Вече съществуваше инсулинова помпа, но току-що се появи непрекъснат сензор за глюкоза, който можеше да открие нивата на кръвната захар под кожата. Дамяно се съсредоточи върху парчето, което знаеше, че може да промени. „Моята лаборатория пое умните системи“, казва той.
Докато неговият екип работи върху този аспект на устройството, има едновременно напредък в сензорите и други елементи, необходими за това изобретение да работи. Компании, включително Dexcom и Medtronic, са усъвършенствали сензори, които непрекъснато проследяват кръвната захар. Yash Sabharwal и неговият екип от Xeris Pharmaceuticals са разработили начин за стабилизиране на глюкагон в разтвор.
„Изкуственият панкреас само с инсулин е като да се опитвате да шофирате кола, където имате ускорител и няма спирачка“, казва Sabharwal, главен оперативен директор на Xeris Pharmaceuticals. „Ние разработихме формула на глюкагон, която може да бъде стабилна за две години в сравнение с настоящото решение, което трябва да се смесва в реално време.“
Тестване на устройството
През 2004 г., след като напусна Университета в Илинойс за професор в Бостънския университет, Дамяно започва да тества алгоритъма си за контрол при диабетни прасета. Той прецени колко точно може да проследи нивата на кръвната им захар и препоръча правилните дози инсулин или глюкагон.
След някои положителни резултати, Дамиано се срещна с Ръсел през 2006 г. и заедно те получиха разрешение за FDA за първото си изследване при хора. Оттогава те провеждат клинични изпитвания, включително някои, които тестват устройството върху възрастни у дома и деца в летния лагер.
Един от къмпингуващите, които миналата година тестваха бионичния панкреас, държи смартфона, който управлява алгоритъма. (Bionic Pancreas Team) Екипът е успял да проучи как устройството функционира и се адаптира към активен начин на живот, като дава възможност на участниците в изпитанието да „бъдат себе си“ и да изпитват редовни рутинни процедури, храни и упражнения. Докато правят това, те откриха, че бионичният панкреас е по-ефективен от помпена система, която се управлява ръчно.
„Преминахме от пускането на алгоритъма на лаптоп с прасета, за да го изпълним на лаптоп с хора, за да го управляваме на iPhone, така че хората да могат да го носят наоколо със себе си“, казва Дамиано.
Кемпери, използващи бионичния панкреас по време на едно от изпитванията, с главен клиничен изследовател Стивън Ръсел. (Филипика) Дамиано и Ръсел ще проведат изпитвания с Университета в Масачузетс, Масачузетската болница, Станфордския университет и Университета в Северна Каролина в Chapel Hill през 2017 г. Проучване през 2016 г. ще разгледа въздействието на използването на бионичен панкреас върху пациентите в хода на година.
„В нашите клинични изпитвания има всякакви проблеми, които се случват, защото това е механична измишльотина“, казва Дамяно, позовавайки се на изтичане на датчиците, празни инсулинови касети и лоши връзки между различните части. Аларми, които да предупреждават потребителя, когато има някакви неизправности, за да смекчат тези проблеми, но екипът търси начини да ги предотврати.
Следващата стъпка: Напълно интегрирано устройство
Дамиано се стреми да разполага с напълно интегрирано устройство - едно единствено устройство с размерите на iPhone 5 с инсулинова помпа, глюкагонова помпа, сензор и приемник в комплект за инфузия с батерия - готово навреме за заминаването на сина му за колеж през 2018 година.
„Диабет тип 1 пита уникално количество хора. Не мога да се сетя за друго заболяване, при което да предадем лекарството на пациента и да кажа: „Вие решавате колко да приемете“, казва Ръсел. „Имаме възможност да променим парадигмата на грижите за диабет.“
„Хората днес управляват кръвната си захар по тъмно“, казва Дамиано.
Помощта на тези с диабет тип 1 е първият приоритет на Дамяно, но се надяваме, според него, работата на екипа му ще бъде от полза за пациентите с диабет тип 2 и впоследствие ще подобри точността на капките на инсулин, които се използват в болнични условия.
Когато има напълно функциониращ бионичен панкреас, пациентите с диабет тип 1 и родителите на деца със заболяването няма да трябва да мислят за кръвната захар всяка секунда.
„Ако петгодишен тича на 100 ярда, може да се наложи да коригирате инсулина му“, казва Ади. "Ако успеем да отнемем всичко това, можем да възстановим спонтанността."
