Inżynierowie MIT pracują nad aplikacją, która identyfikuje i określa ilościowo zawartość żywności, co może pomóc w liczeniu węglowodanów u osób z cukrzycą. Źródło:Wiadomości MIT, zdjęcia stockowe
Inżynierowie MIT pracują nad nowym rodzajem urządzenia, które mogłoby usprawnić proces pomiaru stężenia glukozy we krwi i wstrzykiwania insuliny.
Wiele osób z cukrzycą przed spożyciem posiłku musi wstrzyknąć sobie insulinę. Jest to czasochłonny proces, który często wymaga oszacowania zawartości węglowodanów w posiłku, pobrania krwi w celu pomiaru poziomu glukozy we krwi, a następnie obliczenia i podania prawidłowej dawki insuliny.
Te kroki, które zazwyczaj należy powtarzać przy każdym posiłku, utrudniają wielu pacjentom z cukrzycą trzymanie się schematu leczenia. Zespół naukowców z MIT opracował teraz nowe podejście do usprawnienia procesu i pomocy pacjentom w utrzymaniu prawidłowego poziomu glukozy.
„Każda interwencja, która ułatwia pacjentom poddanie się terapii, może mieć ogromny wpływ, ponieważ istnieje wiele barier związanych z czasem, niedogodnościami, zręcznością lub uczeniem się i szkoleniem” – mówi Giovanni Traverso, pracownik działu rozwoju kariery Karla van Tassela. Adiunkt inżynierii mechanicznej na MIT i gastroenterolog w Brigham and Women's Hospital. „Jeśli będziemy w stanie pokonać te bariery poprzez wdrożenie nowych rozwiązań inżynieryjnych, ułatwi to pacjentom otrzymanie tej terapii”.
Traverso i jego koledzy zaprojektowali dwa różne urządzenia, które mogą uprościć proces obliczania i wstrzykiwania właściwej dawki insuliny. Jeden, który łączy wiele istniejących etapów w jedno urządzenie, może być stosowany u pacjentów w niedalekiej przyszłości. Drugi prototyp zawiera elastyczną elektronikę na powierzchni igły, dzięki czemu pomiar krwi i podawanie insuliny mogą odbywać się przez tę samą igłę. Może to w końcu sprawić, że proces zarządzania cukrzycą będzie jeszcze bardziej usprawniony.
Doktoranci z MIT Hen-Wei Huang i Sean You oraz odwiedzający go studenci Luca Di Tizio i Canchen Li są głównymi autorami artykułu, który pojawia się w Journal of Controlled Release .
Urządzenie typu „wszystko w jednym”
Cukrzyca dotyka 34 miliony ludzi w Stanach Zjednoczonych i ponad 400 milionów ludzi na całym świecie. Pacjenci z cukrzycą często stosują dwa rodzaje insuliny do kontrolowania poziomu cukru we krwi:insulinę długodziałającą, która pomaga kontrolować poziom glukozy w ciągu 24 godzin oraz insulinę krótkodziałającą, która jest wstrzykiwana podczas posiłków. Pacjenci najpierw mierzą poziom glukozy we krwi glukometrem, co wymaga nakłucia palca w celu pobrania krwi i umieszczenia kropli krwi na pasku testowym. Muszą również oszacować, ile węglowodanów jest w ich posiłku i połączyć te informacje z poziomem glukozy we krwi, aby obliczyć i wstrzyknąć odpowiednią dawkę insuliny.
Istniejące technologie, takie jak ciągłe monitorowanie stężenia glukozy we krwi i pompy insulinowe, mogą pomóc w niektórych częściach tego procesu. Jednak te urządzenia nie są powszechnie dostępne, więc większość pacjentów musi polegać na nakłuciu palca i strzykawce.
„Każdego dnia wielu pacjentów musi wykonać tę skomplikowaną procedurę co najmniej trzy razy”, mówi Huang. „Głównym celem tego projektu jest próba ułatwienia wszystkich tych skomplikowanych procedur, a także wyeliminowanie konieczności stosowania wielu urządzeń. Wykorzystaliśmy również aparat w smartfonie i głębokie uczenie, aby stworzyć aplikację, która identyfikuje i określa ilościowo zawartość żywności, co może pomóc w liczeniu węglowodanów”.
Zespół badawczy opracował dwa różne typy urządzeń typu „wszystko w jednym”, z których oba zawierają nową aplikację na smartfony. Pacjenci najpierw robią zdjęcie jedzenia, a aplikacja może następnie oszacować objętość jedzenia, a także ilość węglowodanów na podstawie informacji o składnikach odżywczych z bazy danych USDA.
Pierwsze urządzenie typu „wszystko w jednym”, które zaprojektowali naukowcy, konsoliduje wiele istniejących narzędzi, których obecnie używają pacjenci, w tym lancet do pobierania pasków testowych do krwi i glukozy. Po wykonaniu pomiaru stężenia glukozy we krwi urządzenie przekazuje informacje do aplikacji na smartfona przez Bluetooth, a aplikacja oblicza prawidłową dawkę insuliny. Urządzenie zawiera również igłę, która wstrzykuje odpowiednią ilość insuliny.
„To, co robi nasze urządzenie, to automatyzacja procedur nakłuwania skóry, pobierania krwi, obliczania poziomu glukozy oraz wykonywania obliczeń i wstrzyknięcia insuliny” – mówi Huang. „Pacjent nie potrzebuje już oddzielnego nakłuwacza, glukometru i wstrzykiwacza do insuliny”.
Wiele elementów zawartych w tym urządzeniu jest już zatwierdzonych przez FDA, ale urządzenie nie zostało jeszcze przetestowane na ludzkich pacjentach. Testy na świniach wykazały, że system może dokładnie mierzyć poziom glukozy i dozować insulinę.
Pojedynczy cios
W przypadku drugiego urządzenia naukowcy chcieli opracować system, który wymagałby tylko jednego nakłucia igłą. Aby to osiągnąć, zaprojektowali nowy czujnik glukozy, który może być wbudowany w tę samą igłę, która jest używana do wstrzykiwania insuliny.
„Pomysł polegałby na tym, że gdybyśmy mogli zintegrować czujnik glukozy bezpośrednio z powierzchnią igły podającej insulinę, potrzebowalibyśmy tylko jednego sztyftu dla pacjenta, co minimalizuje ból, a także ułatwia podawanie całego procesu” – mówi Pan.
Naukowcy zaprojektowali elastyczny czujnik elektroniczny, który można przymocować do igły i mierzyć poziom glukozy w płynie śródmiąższowym tuż pod powierzchnią skóry. Gdy igła wbije się w skórę, pomiar poziomu glukozy zajmuje od 5 do 10 sekund. Informacje te są przesyłane do aplikacji na smartfona, która oblicza dawkę insuliny i dostarcza ją przez włożoną igłę.
W testach na świniach naukowcy wykazali, że mogą dokładnie mierzyć poziom glukozy za pomocą tego systemu i że poziom glukozy spadł po wstrzyknięciu insuliny.
Ponieważ urządzenie to wykorzystuje nowatorski typ czujnika glukozy, naukowcy spodziewają się, że będzie wymagało dalszego rozwoju, aby osiągnąć punkt, w którym będzie można je przetestować na pacjentach. Złożyli wniosek o patenty na oba systemy opisane w nowym badaniu i mają nadzieję na współpracę z firmami w celu ich dalszego rozwoju.
Badania zostały sfinansowane przez Departament Inżynierii Mechanicznej MIT oraz Brigham and Women's Hospital.
