Seka-ateriatesti tyypin 1 diabeteksessa insuliinipumppuhoidolla: Keinotekoisen haiman optimointi

TAUSTA: Ihannetapauksessa T1DM:n optimaalisella hoidolla saavutetaan lähes normaali glukoosi ilman hypoglykemiaa ja säilyy elämänlaatu. Kliinisellä areenalla ei edes tällä hetkellä saatavilla oleva monimutkaisin strategia, eli glukoosianturilla täydennetty insuliinipumppuhoito, jossa potilaat käyttävät sekä pumppua ihonalaiseen insuliinin annosteluun (CSII) että ihonalaista glukoosianturia jatkuvaan glukoosimittaukseen (CGM). täyttää täysin potilaiden tarpeet. Keinotekoinen haima (AP) tai integroitu suljetun silmukan ohjaus (CLC) -algoritmit - jotka ottavat huomioon CGM-lukemat ja aiempien insuliini-infuusioiden vaikutukset laskeakseen jatkuvasti annettavan insuliiniannoksen - pyrkivät minimoimaan reaaliaikaisen glukoosin vaihtelun. ja estää äärimmäisiä glukoosimuutoksia. Useat tutkimusryhmät ovat työskennelleet loistavasti vuosia kehittääkseen puettavan AP:n, joka vapauttaa potilaan (ja/tai hoitajan) osittain tai kokonaan avoimen silmukan ohjauksen taakasta. Täydellinen glukoosin hallinta puuttuu kuitenkin edelleen, varsinkin aterian jälkeisillä glykeemisillä retkillä. Lisää näkemyksiä voidaan saada tutkimalla substraatti-/hormonivasteita aterioihin T1DM-potilailla sensorilla lisätyllä CSII:lla, mahdollisesti verrattaessa normaalin fysiologian kultastandardiin, ottaen erityisesti huomioon useiden glukoosi- insuliinipumppujärjestelmä glukoositasojen säätelyyn.

Metabolinen kontrollianalyysi (MCA) on teoreettinen viitekehys, jonka tarkoituksena on kuvata kvantitatiivisesti aineenvaihduntajärjestelmiä ja mitata kontrollin jakautumista. MCA kvantifioi järjestelmän kunkin komponentin roolin (esim. nopean insuliinianalogin imeytymisnopeus, hiilihydraattien imeytyminen suolen kautta jne.) itse järjestelmän kiinnostavan muuttujan, erityisesti virtausten tai pitoisuuksien, ohjaamisessa laskemalla. skaalauskerroin (CCs). CC:t vaihtelevat tyypillisesti välillä -1 - +1, ja mitä suurempi niiden absoluuttinen arvo, sitä vahvempi on kontrolli. MCA:n soveltaminen T1DM-potilaille CGM/CSII-potilaille voisi kvantifioida järjestelmän kunkin osan yksilöllisen roolin ja auttaa ymmärtämään ja mahdollisesti voittamaan esteet vakaan ja tiukan glukoosikontrollin saavuttamiselle ja kehittämään edelleen CLC-algoritmeja optimaalista hoitoa varten. tauti.

TAVOITE: Tutkia glukoosi-insuliinipumppujärjestelmän ominaisuuksia ja tekijöitä potilailla, joilla on T1DM ja CGM, painottaen erityisesti systeemitasoa (ts. glukoosi-CC:t). Teemme yksittäisten seka-ateriatoleranssitestejä sekä 24 tunnin tutkimuksia T1DM-potilaille ja terveille kontrolleille. Käytämme kehittämiämme matemaattisia mallinnustyökaluja ja luomme tästä tietokannasta virtuaalisia potilaita ja virtuaalisia kontrolleja saadaksemme lisätietoa potilaiden glukoosi-insuliinipumppujärjestelmän muutoksista.

ERITYISET TAVOITTEET:

• TAVOITE 1: Esitellä ja vertailla glukoosi-insuliinijärjestelmän ominaisuuksia T1DM-potilailla ja terveillä verrokeilla erikokoisten aamiaisaterioiden aikana
• TAVOITE 2: Testaa malliarvioidun glukoosi-insuliinipumppujärjestelmän toistettavuus T1DM-potilailla
• TAVOITE 3: hahmotella ja vertailla glukoosi-insuliinijärjestelmän ominaisuuksia T1DM-potilailla ja terveillä verrokeilla 24 tunnin aikana

HYPOTEESI: Oletamme, että T1DM-potilailla, joilla on CGM ja CSII:

1. plasman glukoosikontrollin jakautumisessa on vääristymiä MCA:lla arvioituna verrattuna terveisiin yksilöihin;
2. kontrollin jakautuminen on erilainen plasman glukoosin ja tällä hetkellä käytetystä CGM:stä johdetun glukoosin välillä, joka on oletettu signaali käytettäväksi puettavan AP:n CLC-algoritmeissa;
3. molemmat edellä mainitut oletetut muutokset on otettava huomioon tehokkaiden ja turvallisten CLC-algoritmien kehittämiseksi.

MENETELMÄT: Tämä tutkimus on jäsennelty kolmeen erilliseen protokollaan. Kaikki koehenkilöt ovat isokalorisella, sokkelo- ja ruokosokerilla vapaalla ruokavaliolla viikon ajan ennen tutkimusta. Kaikki T1DM-potilaat saavat CGM/CSII-hoitoa ja heidät rekrytoidaan poliklinikallamme käyvästä potilasjoukosta. Jokainen potilas jatkaa oman pumppulaitteensa, insuliinianaloginsa ja glukoosianturinsa käyttöä. Kaikki tutkimukset alkavat klo 07.00 yön yli paaston (≥ 10 tuntia) jälkeen. Kaikki verinäytteet kerätään jäähdytettyihin putkiin ja kehrätään viipymättä 1500 g:ksi. plasma erotetaan ja varastoidaan -80°C:ssa. Plasman suunnitellun käytön mukaan verinäytteen putket sisältävät etyleenidiamiinitetraetikkahappoa (EDTA) antikoagulaatiota varten ± antiglykolyyttiä ± seriiniproteaasi ja DPP4:n estäjiä.

- PROTOKOLLA 1: Glukoosi-insuliinijärjestelmän tutkimus kahdessa seka-ateriatestissä T1DM-potilailla ja terveillä kontrolleilla.

Rekrytoidaan 10 T1DM-potilasta ja 10 terveen ikäisen sukupuolen ja BMI:n mukaista kontrollihenkilöä. Potilaat saavat tavanomaista insuliinipumppuhoitoa ja perusinsuliinin nopeus pidetään vakiona klo 02.00 alkaen tutkimusten loppuun asti. Kaikkia aineita opiskellaan 3 eri kertaa 1-2 viikon välein. Potilailla tutkimus 1 on tavallinen 120 minuutin euglykeeminen insuliinipuristin. Ajastettuja verinäytteitä kerätään insuliinitasojen mittaamiseksi 10-30 tuuman välein. Plasman glukoosi mitataan sängyn vieressä YSI Glucose Analyzer -laitteella; ihonalaista glukoosia seurataan CGM:llä. Kontrolleissa tutkimus 1 on usein 240 minuutin mittainen IVGTT-näytteet. Ajastetut verinäytteet (n=27) glukoosille, C-peptidille ja insuliinille kerätään. Tutkimukset 2 ja 3 ovat identtisiä sekä potilailla että kontrolleilla. Ne suoritetaan satunnaisessa järjestyksessä ja kestävät 360'. 60 minuutin perusjakson jälkeen ajankohtana 0' koehenkilöt nauttivat joko 320 kcal (tutkimus 2) tai 640 kcal (tutkimus 3) aterian. Aterian koostumus (%Kcal: 53,3% hiilihydraattia, 28,2% lipidejä, 18,5% proteiinia) on intialaista maissipolentaa ja parmesaanijuustoa. Potilaat ohjelmoivat pumppunsa ruiskuttamaan aikaan 0' aterian insuliinibolusannoksen, joka lasketaan tavalliseen tapaan. Verinäytteet (n = 20) kerätään määrätyin väliajoin plasman glukoosin, 13C/12C-glukoosisuhteen, insuliinin, glukagonin ja C-peptidin mittaamiseksi (jälkimmäinen vain kontrollihenkilöillä). Pienemmällä aikatiheydellä mitataan myös triglyseridit, esteröimättömät rasvahapot (NEFA), aktiivinen glukagonin kaltainen peptidi-1 (GLP1) ja mahalaukun estopeptidi (GIP). CGM:llä seurataan ihonalaista glukoosia vain potilailla. Kontrollien IVGTT:stä saadut tiedot ovat insuliinipuristintietojen roolissa T1DM-potilailla. Aiemmat kokeet ja myös julkaisemattomat havainnot laboratoriossamme ovat osoittaneet, että samanlaiset insuliiniherkkyysarvot saadaan IVGTT:llä ja insuliinipuristimilla terveillä ihmisillä. Toinen ero on, että insuliinipumpun sijasta käytetään beetasoluerityksen minimaalista mallia, kuten aiemmin on kuvattu. 12C/13C-glukoosisuhteen määritysten saatavuus rikastaa tätä kuvaa entisestään, jolloin voidaan laskea aterian hiilihydraatin osuus plasman kokonaisglukoosista ja erotuksena endogeenisen (pääasiassa maksan) tuotannon osuus kokonaisglukoosista. Tämä tietojen rikastaminen johtaa mallin lisäkehitykseen vaiheessa 3 (sekä kontrolleilla että potilailla) ja mahdollistaa insuliinin kokonaistoiminnan jakamisen kahteen osaan, endogeeniseen glukoosin tuotantoon ja glukoosin käyttöön vaikuttavaan komponenttiin. Edellinen on merkityksellinen glukagonin ja mahdollisesti myös aktiivisen GLP1-tietojen tulkinnassa.

Tällä strategialla on mahdollista laskea kaikki merkitykselliset G(t:n CC:t) sekä plasma- että CGM-arvoille. Fenotyyppiset tulokset on kerrostettu kolmelle nousevan monimutkaisuuden tasolle:

1. Mallivapaat mittaukset: aterian substraatti- ja hormonitasot, erityisesti glukagoni ja aktiivinen GLP1 niiden vaikutuksesta maksan glukoosin tuotantoon ja kokonais-GIP:iin rasvasolujen aineenvaihdunnan säätelijänä;
2. Mallista johdetut arviot glukoosi/insuliinijärjestelmän yksittäisistä ominaisuuksista: ne sisältävät, mutta eivät rajoitu näihin, glukoosiherkkyys (SG), insuliiniherkkyys (SI), hiilihydraattien kulkuaika systeemiseen verenkiertoon, insuliinin keskimääräinen kulkuaika päästä systeemiseen verenkiertoon ihonalaisesta depotista (vain potilaat);
3. Mallipohjainen arvio glukoosi-insuliinijärjestelmän (kontrollien) ja glukoosi-insuliinipumppujärjestelmän (T1DM) potilaiden systeemiominaisuuksista: ne sisältävät kaikki glukoosi- (potilailla myös CGM-glukoosi) kontrollikertoimet.

PROTOKOLLA 2: Glukoosi-insuliinijärjestelmän arvioinnin toistettavuus yhden seka-ateriatestin aikana T1DM-potilailla.

Rekrytoidaan 10 T1DM-potilasta, jotka saavat insuliinipumppuhoitoa ja subkutaanista jatkuvaa glukoosimittausta (CGM). Tutkimusprotokolla on identtinen protokollan 1 kanssa seuraavin poikkeuksin: 1. 5 T1DM-potilaalla tutkimuksessa 2 ja tutkimuksessa 3 kaksi toistuvaa 320 kcal ateriaa; 2. 5 T1DM-potilaalla tutkimuksessa 2 ja tutkimuksessa 3 on kaksi toistuvaa 640 kcal ateriaa. Fenotyyppiset tulokset kerrostetaan kuten protokollassa 1 toistettavuusanalyysiä varten.

-PROTOKOLLA 3: Glukoosi-insuliinijärjestelmä 24 tunnin aikana T1DM-potilailla ja verrokeilla.

Rekrytoidaan 10 T1DM-potilasta ja 10 terveen ikäisen sukupuolen ja BMI:n mukaista kontrollihenkilöä. Kaikkia aineita opiskellaan 2 eri kertaa 1-2 viikon välein. Sekä potilailla että kontrolleilla tutkimus 1 on identtinen protokollan 1 kanssa (eli insuliinipuristin ja vastaavasti IVGTT). Tutkimuksessa 2 kaikki koehenkilöt otetaan Clinical Research Centeriin (CRC) tutkimusaamuna (07:00) ja he pysyvät siellä koko sen ajan (24 tuntia). Koehenkilöt saavat liikkua vapaasti CRC:n sisällä, mutta he eivät osallistu mihinkään fyysiseen harjoitteluun. Potilaat jatkavat tavallista insuliinihoitoaan, mukaan lukien aterian insuliiniannoksen laskeminen ja injektio, koko tutkimuksen ajan. Klo 8.00, 13.00 ja 19.00 koehenkilöt nauttivat kolme seka-ateriaa (200 kcal/m-2 kehon pinta-alaa (BSA), 400 kcal/m-2 BSA ja 400 kcal/m-2 BSA, ruokavalion koostumus: 54 % hiilihydraattia, 28 % lipidejä, 18 % proteiinia). Kuudella potilaalla ja kuudella kontrollilla klo 13.00 ateria on intialaista maissipolentaa sekä maustettua italialaista DOP-parmesaanijuustoa. Muilla 6 potilaalla ja 6 kontrollilla klo 19.00 ateria on intialaista maissipolentaa sekä maustettua italialaista DOP-parmesaanijuustoa. Ajastettuja verinäytteitä (n=62) otetaan. Plasman glukoosi, insuliini, glukagoni ja C-peptidi (jälkimmäinen vain kontrollihenkilöillä) mitataan kaikkina aikoina. Pienemmällä aikatiheydellä mitataan myös triglyseridit, esteröimättömät rasvahapot (NEFA), aminohapot, aktiivinen GLP1 ja kokonais-GIP. Niillä henkilöillä, jotka nauttivat polenta-aterian klo 13.00, 13C/12C-glukoosisuhde mitataan klo 12.00-24.00. Niillä koehenkilöillä, jotka nauttivat polenta-aterian klo 19.00, 13C/12C-glukoosisuhde mitataan klo 18.00 alkaen klo 07.00 seuraavaan aamuun. CGM:llä seurataan ihonalaista glukoosia vain potilailla. Polenta-ateriaa käytetään vain yhdellä aterialla päivässä, jotta vältetään 13C/12C-glukoosisuhdetietojen tulkittavuuden menetys, joka johtuu käynnissä olevasta glukoosihiilen kierrätyksestä/kierrätyksestä glykogeenin/glukoneogeneesin kautta. Glukoosi/insuliinijärjestelmän käyttäytymistä aamiaisen aikana tutkitaan jo pöytäkirjassa 1. Tulokset kerrostetaan ja analysoidaan pöytäkirjassa 1 kuvatulla tavalla.

ODOTUKSET: Insuliinipuristin ja MMT-tietojen yhdistetty analyysi mahdollistaa kattavan glukoosi-insuliinijärjestelmän mallin rakentamisen MMT:n aikana kussakin koehenkilössä, joka toimii siten in silico -virtuaalipotilaana kaivon mukaan. laboratoriossamme kehitetty menetelmä. Kokoelma virtuaalisia tyypin 1 diabetespotilaita, joille tehdään MMT, muodostaa tästä tutkimuksesta johdetun in silico -biopankin. Virtuaalipotilaita käytetään MCA:n suorittamiseen CC:iden laskemiseksi. Lisäksi inkretiinihormonin, glukagonin ja substraatin vaste seka-aterialle määritetään, mikä mahdollistaa glukoosi-insuliinijärjestelmän lisämodifioijien oletetun tunnistamisen. Tämä tietokanta on avainasemassa kehitettäessä ohjausalgoritmia, joka pystyy takaamaan normaalin glukoosin säätelyn seka-aterian aikana potilailla, joilla on tyypin 1 diabetes ja CGM insuliinipumppuhoidossa.