Pancréas artificiel multivariable : détection et atténuation de l'activité physique inopinée et du stress psychologique aigu

Le développement d'un pancréas artificiel (PA) a fait des progrès considérables au cours de la dernière décennie. L'objectif des systèmes AP est de développer un dispositif qui fournira de l'insuline à la demande en réponse aux niveaux de glucose dans le sang de la même manière que le propre pancréas. La première génération de systèmes AP, l'AP hybride en boucle fermée, collecte des données à partir d'appareils de surveillance continue du glucose (CGM) et s'appuie sur des entrées manuelles de l'utilisateur pour atténuer les effets des repas et des activités physiques. L'objectif de cette proposition est de démontrer un pancréas artificiel multivariable (mvAP) viable et fonctionnellement intégré qui répondra aux défis des repas, de l'activité physique (PA) et du stress psychologique aigu (APS) sans aucune entrée manuelle pour mieux réguler les niveaux de glucose des personnes atteintes de diabète. . Le stress psychologique aigu et de nombreuses autres formes d'AP en plus de l'exercice planifié peuvent affecter la glycémie et compliquer le maintien de l'euglycémie chez les personnes atteintes de diabète sucré de type 1 (DT1). Divers PA et APS affectent le métabolisme et la sensibilité à l'insuline de différentes manières. Par conséquent, leurs types, intensités et durées, ainsi que leur présence individuelle et simultanée doivent être détectés afin de déterminer l'administration optimale d'insuline. L'approche mvAP fournit une technologie bien intégrée et conviviale avec une charge minimale pour l'utilisateur et atténue les effets des incitations PA et APS inattendues. L'objectif de cette proposition est de démontrer un mvAP viable et fonctionnellement intégré qui répondra aux défis des repas, de l'AP et de l'APS sans aucune entrée manuelle pour mieux réguler les niveaux de glucose des personnes atteintes de DT1. Notre hypothèse est qu'un AP multivariable de nouvelle génération qui intègre la détection et la détermination en temps réel des caractéristiques de l'AP et de l'APS et l'atténuation de leurs effets par un contrôle automatique sera plus efficace pour améliorer le contrôle de la glycémie chez les personnes atteintes de DT1. De plus, cette technologie sera plus sûre par rapport aux PA basés exclusivement sur les données CGM, en réduisant le nombre et la durée des événements hypoglycémiques et hyperglycémiques. De tels systèmes mvAP ne peuvent être développés qu'en utilisant une approche multivariable sophistiquée qui utilise des informations en temps réel à partir de CGM et des variables physiologiques obtenues à partir d'appareils portables portés dans la vie quotidienne libre. Il est proposé de construire sur ce cadre une technologie mvAP entièrement automatisée qui atténuera les défis liés aux repas, à l'AP et à l'APS, y compris les événements inattendus et imprévus. Les objectifs spécifiques de la recherche proposée sont : Objectif 1. Développer les algorithmes et modules mvAP qui identifient divers types d'activités physiques, les épisodes de stress psychologique aigu, leur présence simultanée et leurs caractéristiques en temps réel. Objectif 2a : Mener des études en boucle ouverte en clinique et en vie libre pour élargir les types et intensités des incitations AP et APS, enrichir notre base de données avec des données collectées lors des activités de la vie quotidienne (seules ou couplées avec APS), y compris spontanées non planifiées Événements PA et APS. Objectif 2b : Étendre notre simulateur multivariable glucose-insuline-variables physiologiques (mGIPsim) pour des études in silico du mvAP afin de simuler les incitations à l'APS et leurs effets sur les niveaux de glucose et les sorties de variables physiologiques du simulateur. Objectif 3 : Mener des expériences cliniques avec le mvAP de deuxième génération en milieu clinique et en vie libre pour évaluer les performances de notre mvAP entièrement automatisé en fonctionnement en boucle fermée. À l'heure actuelle, l'approbation de l'IRB pour les objectifs 1, 2a et 2b a été obtenue. L'objectif 3 sera réalisé ultérieurement. Les études cliniques auront lieu à l'Université de l'Illinois à Chicago (UIC)-College of Nursing et au domicile des sujets. Le protocole comprendra 1 visite de dépistage et 5 séances au laboratoire. Les sujets porteront un CGM et les bracelets Empatica et Actigraph tout au long de l'étude. Les principales activités de chaque réunion comprendront : (1) le dépistage ; (2) estimation de la capacité d'exercice maximale à partir de tests d'effort sous-maximaux (vélo et tapis roulant) ; (3) estimation de la force maximale à partir de tests de force sous-maximaux ; (4) périodes sous-maximales d'exercices aérobies et de résistance; (5) utilisation du test de pression du froid socialement évalué ; (6) simulation de conduite ; (7) exercices de résistance et activités de la vie quotidienne avec et sans stress (par exemple, calculs mentaux, jeux vidéo); (8) utilisation de GoPro/Dash Cam pendant la conduite (le cas échéant) et questionnaires. Ces activités seront incluses dans les visites 3, 4 et 5, selon le cas. De plus, les sujets effectueront des activités à la maison, notamment : tâches ménagères, vélo stationnaire (si disponible) ; tapis roulant (si disponible); marche; et des poids légers (si disponibles) et un moniteur de sommeil (Z-Machine Insight+). Périodiquement, l'assistant de recherche appellera le sujet pendant ces périodes et lui demandera d'effectuer des activités induisant du stress tout en exécutant l'activité. Les activités induisant du stress comprendront des défis mentaux tels qu'un calcul mathématique lors de l'exécution de l'activité. Les sujets seront appelés à la maison 3 à 5 fois au cours de l'étude. L'algorithme entièrement automatisé sera testé dans un environnement domestique. Une fois la méthodologie affinée, l'approbation de l'Institutional Review Board (IRB) pour l'objectif 3 sera obtenue.