Klinické hodnocení systému pro podávání inzulínu s uzavřenou smyčkou

Pozadí:

Diabetes 1. typu je způsoben protilátkami napadajícími β-buňky produkující inzulín ve slinivce břišní. Léčba se obvykle provádí pravidelnými injekcemi inzulínu, na základě měření glukózy z krevních vzorků z prstu. Injekce však nenapodobují normální chování β-buněk a to vede k suboptimální kontrole hladiny glukózy v krvi a komplikacím včetně selhání ledvin, slepoty, poškození nervů a srdečních chorob. Agresivní léčba může pomoci, ale může vést k potenciálně nebezpečným nízkým hladinám glukózy v krvi (hypoglykémii). Kontrola glukózy se měří pomocí HbA1c (normální rozmezí 4 až 6 %), což je míra množství hemoglobinu vystaveného glukóze po dobu přibližně 3 měsíců.

Současné režimy léčby diabetu 1. typu v klinické praxi jsou založeny hlavně na injekcích subkutánního inzulínu několikrát denně v dávkách stanovených přerušovaným měřením glukózy v krvi. DCCT (Diabetes Control and Complications Trial) prokázalo, že intenzivní léčba pomocí těchto principů snížila komplikace o 50–76 %. Bylo to na úkor zvýšené hypoglykémie, zejména při hladinách HbA1c <7,5 %. V jiných studiích vedla intenzivní léčba k tomu, že lidé trávili 30 % dne s hodnotami glukózy > 10 mM a > 2 hodiny/den v hypoglykémii, často v noci.

Systém s uzavřenou smyčkou poskytuje potenciál zlepšit HbA1c a zároveň se vyhnout hypoglykémii. Vyžaduje kontinuální měření glukózy, kontrolní zařízení a pumpu pro podávání inzulínu. Téma bylo důkladně přezkoumáno. Inteligentní řídicí zařízení byla vyvinuta jinými, využívajícími principy zpětnovazebního řízení nebo prediktivního modelování. Ty byly zpočátku těžkopádné, např. 'biostator', ale novější systémy byly miniaturizovány a jsou schopny dosáhnout kontroly krevní glukózy nalačno, když jsou vybaveny vstupem intersticiálních hladin glukózy. Dosud se neprokázaly robustní, mohou být spojeny s hypoglykémií a nejsou schopny dosáhnout adekvátní postprandiální kontroly ani se vyrovnat s interkurentním onemocněním mimo nemocniční prostředí.

Tento protokol klinické studie hodnotí uzavřený systém podávání inzulínu Imperial College. Aplikace inzulínu s uzavřenou smyčkou obsahuje 3 hlavní součásti: glukózový senzor, řídicí algoritmus a systém podávání inzulínu.

Glukózový senzor, který se bude používat během klinických validačních studií, je zařízení s označením CE, schválené MHRA, vyrobené společností Medtronic. Jedná se o subkutánní senzor, který je umístěn těsně pod kůží a odebírá vzorky intersticiální tekutiny pomocí enzymové elektrody. Na snímač je přivedeno malé napětí a proud je přiváděn zpět do přístrojového vybavení snímače. Tento proud je úměrný koncentraci glukózy v intersticiální tekutině a je kalibrován na hladinu glukózy v krvi minimálně 12 hodin.

Kontrolní algoritmus je odvozen z fyziologických experimentů provedených jinými skupinami, které prokázaly, jak beta buňky ve slinivce produkují inzulín u lidí bez diabetu. S využitím dat z těchto experimentů bylo možné implementovat chování beta buňky v softwaru a použili jsme simulátor s 200 virtuálními pacienty k prokázání bezpečnosti a účinnosti softwaru. Data ze simulátoru jsou připojena k této aplikaci jako příloha. Simulátor byl vyvinut na základě lidských dat a bere v úvahu chyby senzoru, umístění senzoru, způsob podání inzulínu a absorpci glukózy v době jídla. Byl schválen FDA ve Spojených státech jako krok na cestě vývoje umělé slinivky břišní a byl ověřen na základě údajů o lidech. V zařízení pro klinickou validaci je řídicí algoritmus implementován na desce s plošnými spoji pomocí programovatelného mikrokontroléru.

Zařízení inzulínové pumpy používané během klinického ověřování je Roche Accu-Check Combo Spirit. Toto je zařízení schválené MHRA s označením CE a bude dodáváno společností Roche se schopností přímé komunikace z motoru, abychom mohli ověřit, zda čerpadlo dělá to, co software přikazuje, a s licencí na používání komunikačního protokolu pro výzkumné účely. To zajišťuje bezpečnou komunikaci mezi řídicím algoritmem a čerpadlem a zajišťuje zabezpečení proti selhání, aby bylo zajištěno, že motor čerpadla správně reaguje na řídicí algoritmus.

Klinická validace zařízení pro aplikaci inzulínu s uzavřenou smyčkou sleduje cestu postupných výzev pro algoritmus a hardware, počínaje bazální studií nalačno v poradenském režimu a postupující k ambulantním studiím jídla v plně uzavřené smyčce.

Cílem této studie je posoudit bezpečnost a účinnost zařízení s uzavřenou smyčkou aplikací technologie na účastníky s diabetem 1. typu v různých scénářích, počínaje testem nalačno a postupujícími ke kontrole přes noc, kontrole doby jídla a nakonec, ambulantní test.

Stručný přehled každé z 5 návštěv během zkušebního období:

• Návštěva 1: Screening včetně klinického vyšetření, krevní testy nalačno, vyplnění dotazníku o kvalitě života při cukrovce, kontinuální monitor glukózy připojený k subjektu
• Návštěva 2: Kontrola výsledků kontinuálního monitorování glukózy po 5 dnech
• Návštěva 3: Krátké trvání půstu, uzavřená smyčka (6 hodin hodnocení v uzavřené smyčce)
• Návštěva 4: Dlouhé trvání / Noční půst s uzavřeným okruhem a výzva se standardním jídlem (13 hodin hodnocení v uzavřeném cyklu)
• Návštěva 5: 24hodinová ambulantní automatická uzavřená smyčka

Během návštěv se každých 15-30 minut odeberou vzorky krve na kapilární glukózu a ketony, žilní glukózu a hladinu inzulínu, zatímco systém pro podávání inzulínu s uzavřenou smyčkou běží.