Een kunstmatige alvleesklier zou een revolutie kunnen betekenen voor de behandeling van diabetes, en is misschien nog maar een paar jaar verwijderd.
Kunstmatige Pancreas aan de Horizon
Een kunstmatige alvleesklier zou een revolutie kunnen veroorzaken in de behandeling van diabetes, en het is misschien nog maar een paar jaar verwijderd.
Van de dokter Archief
Voor miljoenen mensen met diabetes wereldwijd is het leven een aaneenschakeling van vingerafdrukken, injecties en schommelingen en dalingen van de bloedsuikerspiegel. Maar met zijn belofte om automatisch iemands bloedsuiker te reguleren, zou de kunstmatige pancreas dat allemaal kunnen veranderen.
"De kunstmatige alvleesklier zal een revolutie veroorzaken in de behandeling van diabetes", zegt Eric Renard, MD, PhD, hoogleraar endocrinologie, diabetes en metabolisme aan de Montpellier Medical School in Montpellier, Frankrijk. "Het zal diabetescomplicaties, waaronder blindheid, nierfalen, amputaties, hartziekten en overlijden, voorkomen. En de levenskwaliteit zal enorm verbeteren omdat mensen niet constant hoeven te prikken en zichzelf te controleren," zegt Renard, die de eerste klinische studie van het apparaat leidt.
De kunstmatige pancreas is ontworpen om patiënten met type 1 diabetes te helpen de bloedsuikerspiegel binnen het normale bereik te houden -- van cruciaal belang voor het voorkomen van diabetescomplicaties, legt hij uit.
Het kunstmatige orgaan bestaat uit drie onderdelen die allemaal perfect synchroon moeten werken: een sensor die continu de bloedsuikerspiegel of weefselsuikerspiegel controleert, een insulinepomp en een computeralgoritme dat de insulinetoediening van minuut tot minuut regelt op basis van de gemeten bloedsuikerspiegel, aldus Jeffrey I. Joseph, DO, directeur van het Artificial Pancreas Center aan de Thomas Jefferson University in Philadelphia. De sensor geeft informatie door aan de pomp, die vervolgens precies de juiste hoeveelheid insuline toedient.
Een volledig geautomatiseerd en geïntegreerd apparaat zal waarschijnlijk pas over vier jaar klaar zijn voor gebruik -- misschien langer. Maar "we komen er stap voor stap," zegt Joseph, met onderzoekers wereldwijd die verschillende onderdelen van het systeem alleen of in combinatie testen.
Insulinepomp een stap vooruit
Het verst gevorderd in de ontwikkeling is de insulinepomp, die aan een riem wordt gedragen of geheel in het lichaam wordt geïmplanteerd. De uitwendige pomp wordt reeds gebruikt door duizenden mensen met diabetes wereldwijd, en de implanteerbare pomp is goedgekeurd in Europa en bevindt zich in klinische proeven in de V.S. Beide kunnen worden gebruikt in een kunstmatige pancreas.
De ontwikkeling van de implanteerbare pomp was een belangrijke stap voorwaarts, aldus Renard, met studies die significante voordelen aantonen ten opzichte van meerdere dagelijkse insuline-injecties bij het onder controle houden van de bloedsuikerspiegel en het verbeteren van de kwaliteit van leven.
Het apparaat ter grootte van een hockey puck, gemaakt door Medtronic MiniMed in Northridge, Californië, wordt onder de huid van de buik geïmplanteerd, van waaruit het insuline afgeeft aan het lichaam, "net als de echte alvleesklier", zegt hij.
Lori Hahn, een 41-jarige Californische die al meer dan tien jaar diabetes heeft, zegt dat de implanteerbare pomp haar leven heeft veranderd. "Vóór de pomp was mijn leven een achtbaan, zowel wat bloedsuiker betreft als emotioneel," zegt Hahn, die deelneemt aan een Amerikaans klinisch onderzoek. "Ik voelde me oncontroleerbaar en moest veel van mijn tijd besteden aan het onder controle houden van mijn bloedsuiker.
"Met de implanteerbare pomp kan ik vergeten dat ik diabeet ben", zegt Hahn, een werkende vrouw en moeder van drie actieve jongeren.
De pomp, die speciaal samengestelde insuline gebruikt, wordt elke twee tot drie maanden bijgevuld. Het levert insuline in korte stoten gedurende de dag, vergelijkbaar met een alvleesklier. De pomp is ook geprogrammeerd om grotere hoeveelheden insuline toe te dienen tijdens de maaltijd. Vóór een maaltijd of een snack geeft een druk op een knop op een pager-formaat persoonlijke pompcommunicator de pomp de opdracht een dosis insuline toe te dienen.
Slim systeem een belangrijke mijlpaal
Ander onderzoek richt zich op het verbeteren van de communicatie tussen de glucosesensor en de externe insulinepomp. Volgens Joseph werd deze zomer een belangrijke mijlpaal bereikt toen de FDA een van de eerste slimme systemen goedkeurde waarmee de twee systemen via een draadloze verbinding kunnen communiceren.
Dergelijke systemen nemen veel van het giswerk weg uit het doseren van insuline, zegt hij.
Traditioneel moesten patiënten in hun vingers prikken en het bloed op een stripje plaatsen om een bloedsuikerwaarde te krijgen, schatten hoeveel gram koolhydraten ze van plan waren te eten, en mentaal berekenen hoeveel insuline ze nodig hadden. Het systeem liet veel ruimte voor fouten, waarbij een verkeerde berekening kon leiden tot een gevaarlijk hoge of lage bloedsuikerspiegel.
Met het onlangs goedgekeurde Paradigm-systeem, een combinatie van de Medtronic MiniMed-insulinepomp en een glucosemeter van Becton Dickinson, prikken patiënten nog steeds in hun vingers om hun bloedsuikerspiegel te meten. Maar de glucosemonitor ter grootte van een pager geeft de informatie rechtstreeks door aan de insulinepomp. De insulinepomp berekent dan de hoeveelheid insuline die nodig is voor de actuele bloedsuikerspiegel. Door de pomp de benodigde dosis te laten berekenen, kun je fouten voorkomen die soms ontstaan wanneer patiënten deze gegevens handmatig invoeren, zegt hij.
"Het is aan de patiënt om te beslissen of de voorgestelde hoeveelheid juist is en op een knop te drukken om de aanbevolen dosis toe te dienen," zegt Joseph. "Het is geen kunstmatige alvleesklier, want hij is niet volledig geautomatiseerd. Maar het is een grote vooruitgang in gemak en heeft de potentie om de bloedsuikercontrole in de klinische setting te verbeteren."
Het meten van Bloedsuiker niveau's
Ongeveer twee dozijn bedrijven en academische laboratoria ontwikkelen glucose sensoren, zegt Joseph. Sommige zijn bloedglucosesensoren, andere zijn weefselvloeistofglucosesensoren; sommige worden door de patiënt onder de huid geplaatst, andere worden langdurig in het lichaam geïmplanteerd.
Hoewel de glucosesensoren de afgelopen jaren aanzienlijk zijn verbeterd, zijn zij nog steeds de beperkende factor bij het maken van de kunstmatige pancreas, zegt hij.
Steve Lane, PhD, waarnemend programmaleider van het Medical Technologies Program van het Department of Energy's Lawrence Livermore National Laboratory, is het daarmee eens.
"Vrijwel zeker zal het doel van de productie van een kunstmatige alvleesklier worden bereikt," zegt Lane, wiens afdeling in samenwerking met MiniMed aan een prototype van de kunstmatige alvleesklier heeft gewerkt. "Maar er zijn obstakels te overwinnen, waarvan de belangrijkste de glucosespiegelmeting is. Tot op heden heeft nog niemand een waterdichte manier ontwikkeld om glucose te meten."
Animas Corp. ontwikkelt een implanteerbare optische glucosesensor. In dierstudies en voorlopige studies bij mensen heeft het apparaat nauwkeurig de bloedsuikerspiegel in het bloed gemeten met behulp van infrarode optiek.
"Een miniatuur sensorkop wordt rond een bloedvat geplaatst, en een lichtbron wordt door het bloed naar een detector gericht," zegt Joseph. "De absorptie van licht op specifieke infrarode golflengtes bepaalt de suikerconcentratie in het bloed."
Verder in ontwikkeling zijn de korte- en langetermijn implanteerbare glucosesensoren van Medtronic MiniMed, die ontworpen zijn om continu het suikergehalte in de weefselvloeistof of het bloed te meten.
Eerste kunstmatige pancreas getest
In Frankrijk leidt Renard de eerste klinische proef met een kunstmatige alvleesklier -- een volledig geautomatiseerd systeem dat de glucosesensor voor de lange termijn van Medtronic MiniMed combineert met de implanteerbare insulinepomp.
Via een kleine chirurgische ingreep wordt de implanteerbare sensor ingebracht in een halsader die naar het hart leidt. De sensor is, via een elektrische draad onder de huid, verbonden met de implanteerbare insulinepomp: Wanneer de bloedsuikerspiegel schommelt, geeft een signaal aan de pomp aan hoeveel insuline moet worden toegediend.
"De patiënt hoeft niets te doen," zegt Renard. "Het gaat allemaal automatisch. Zelfs als je een koolhydraatrijke maaltijd eet, geeft de sensor het juiste signaal om meer insuline toe te dienen."
Renard zegt dat gegevens van de eerste vijf patiënten die het apparaat ten minste zes maanden hebben gebruikt, aantonen dat de sensor in 95% van de gevallen de glucose nauwkeurig heeft gemeten in vergelijking met waarden die met vingersticks zijn verkregen.
"Ons doel was om 90% nauwkeurigheid te bereiken, dus dit is zeer nauwkeurig," zegt hij.
Nog belangrijker is dat de bloedsuikerspiegel meer dan 50% van de tijd binnen het normale bereik werd gehouden bij de patiënten die gebruik maakten van de pomp die was aangesloten op de sensor, vergeleken met ongeveer 25% van de tijd bij de patiënt die gebruik maakte van de vingerstickwaarden om de insulinetoediening van de implanteerbare pomp af te stemmen.
Ook het risico op een daling van de bloedsuikerspiegel, bekend als hypoglykemie, tot een gevaarlijk laag niveau - een mogelijkheid wanneer extra insuline wordt toegediend - daalde tot minder dan 5%, aldus Renard.
Een van de volgende stappen, zegt hij, is de sensor duurzamer te maken zodat hij slechts om de twee of drie jaar vervangen hoeft te worden. Terwijl implanteerbare insulinepompen gemiddeld acht jaar werken voordat ze moeten worden vervangen, houden de sensoren er na gemiddeld negen maanden mee op, zegt hij.
Toch ziet Renard dit als een gemakkelijk te nemen horde. "We zullen gewoon een ander materiaal gebruiken en het sterker maken," zegt hij.
Maar Joseph zegt dat dit een enorme uitdaging kan vormen: "Jarenlang onderzoek [toont aan dat] sensoren eerder binnen enkele maanden dan binnen enkele jaren defect raken als gevolg van de harde omgeving van het lichaam."
De wiskundige programma's die berekenen hoeveel insuline op verschillende momenten van de dag moet worden toegediend, moeten ook worden verfijnd, zegt Renard. "Op dit moment kan een diabetespatiënt met de insulinepomp ongeveer de helft van zijn dag een normale glycemie hebben, net als een niet-diabetespatiënt. Maar dat betekent dat hij de andere 50% niet onder controle heeft, wat een beetje te hoog is."
Maar nogmaals, zegt hij, dit is een gemakkelijk op te lossen probleem. "Het grootste probleem is om een nauwkeurige sensor te hebben, en die hebben we nu. Binnen twee jaar moeten we er een hebben die langer en beter werkt, en daarna zal hij klinisch beschikbaar zijn."
Joseph is het daarmee eens. "Ze hebben aangetoond dat het haalbaar is om de glucosesensor te laten praten met de insulinepomp, die automatisch insuline toedient -- en dat is een kunstmatige alvleesklier.
"Is het perfect? Absoluut niet. Maar we komen er wel."
