Ocena kliniczna systemu dostarczania insuliny w pętli zamkniętej

Tło:

Cukrzyca typu 1 jest spowodowana przez przeciwciała atakujące komórki β trzustki produkujące insulinę. Leczenie polega zwykle na regularnych wstrzyknięciach insuliny, na podstawie pomiarów glukozy z próbek krwi pobranych z palca. Jednak zastrzyki nie naśladują normalnego zachowania komórek β, co prowadzi do nieoptymalnej kontroli poziomu glukozy we krwi i powikłań, w tym niewydolności nerek, ślepoty, uszkodzenia nerwów i chorób serca. Agresywne leczenie może pomóc, ale może prowadzić do potencjalnie niebezpiecznego niskiego poziomu glukozy we krwi (hipoglikemii). Kontrola glukozy jest mierzona za pomocą HbA1c (normalny zakres od 4 do 6%), miary ilości hemoglobiny wystawionej na działanie glukozy przez okres około 3 miesięcy.

Obecne schematy leczenia cukrzycy typu 1 w praktyce klinicznej opierają się głównie na podskórnych wstrzyknięciach insuliny kilka razy dziennie w dawkach określonych przez okresowe pomiary stężenia glukozy we krwi. Badanie DCCT (Diabetes Control and Complications Trial) wykazało, że intensywne postępowanie z wykorzystaniem tych zasad zmniejszyło powikłania o 50-76%. Odbyło się to kosztem zwiększonej hipoglikemii, zwłaszcza przy poziomach HbA1c <7,5%. W innych badaniach intensywne leczenie powodowało, że osoby spędzały 30% dnia z wartościami glukozy >10mM i >2 godzin dziennie w hipoglikemii, często w nocy.

System zamkniętej pętli zapewnia możliwość poprawy HbA1c przy jednoczesnym uniknięciu hipoglikemii. Wymaga ciągłego pomiaru glukozy, urządzenia kontrolnego i pompy do podawania insuliny. Temat został szeroko omówiony. Inteligentne urządzenia sterujące zostały opracowane przez innych, wykorzystując zasady sterowania ze sprzężeniem zwrotnym lub modelowania predykcyjnego. Były one początkowo uciążliwe, m.in. „biostator”, ale nowsze systemy zostały zminiaturyzowane i są w stanie osiągnąć kontrolę poziomu glukozy we krwi na czczo, po podaniu informacji o poziomie glukozy w śródmiąższu. Nie okazały się one jeszcze solidne, mogą być związane z hipoglikemią i nie są w stanie zapewnić odpowiedniej kontroli poposiłkowej ani poradzić sobie ze współistniejącą chorobą poza środowiskiem szpitalnym.

Ten protokół badania klinicznego ocenia system dostarczania insuliny w zamkniętej pętli Imperial College. Dostarczanie insuliny w pętli zamkniętej składa się z 3 głównych elementów: czujnika glukozy, algorytmu sterowania i systemu podawania insuliny.

Czujnik glukozy, który będzie używany podczas walidacji klinicznej, to urządzenie z oznaczeniem CE, zatwierdzone przez MHRA, wyprodukowane przez firmę Medtronic. Jest to podskórny czujnik, który znajduje się tuż pod skórą i pobiera próbki płynu śródmiąższowego za pomocą elektrody enzymatycznej. Do czujnika przykładane jest niewielkie napięcie, a do oprzyrządowania czujnika doprowadzany jest prąd. Prąd ten jest proporcjonalny do stężenia glukozy w płynie śródmiąższowym i jest kalibrowany względem stężenia glukozy we krwi co najmniej co 12 godzin.

Algorytm kontrolny wywodzi się z eksperymentów fizjologicznych przeprowadzonych przez inne grupy, które wykazały, w jaki sposób komórki beta w trzustce wytwarzają insulinę u osób bez cukrzycy. Wykorzystując dane z tych eksperymentów, możliwe było zaimplementowanie zachowania komórki beta w oprogramowaniu i użyliśmy symulatora z 200 wirtualnymi pacjentami, aby zademonstrować bezpieczeństwo i skuteczność oprogramowania. Dane z symulatora są dołączone do niniejszego wniosku jako załącznik. Symulator został opracowany na podstawie danych ludzkich i uwzględnia błędy czujnika, umiejscowienie czujnika, drogę podawania insuliny i wchłanianie glukozy w czasie posiłku. Został zatwierdzony przez FDA w Stanach Zjednoczonych jako krok na ścieżce rozwoju sztucznej trzustki i został zweryfikowany na podstawie danych dotyczących ludzi. W urządzeniu do walidacji klinicznej algorytm sterowania realizowany jest na płytce drukowanej za pomocą programowalnego mikrokontrolera.

Pompa insulinowa używana podczas walidacji klinicznej to Roche Accu-Check Combo Spirit. Jest to urządzenie zatwierdzone przez MHRA z oznaczeniem CE i będzie dostarczane przez firmę Roche z możliwością bezpośredniej komunikacji z silnikiem, abyśmy mogli zweryfikować, czy pompa wykonuje polecenia oprogramowania, oraz z licencją na używanie protokołu komunikacyjnego do celów badawczych. Zapewnia to bezpieczną komunikację między algorytmem sterowania a pompą oraz zapewnia zabezpieczenie przed awarią, aby silnik pompy odpowiednio reagował na algorytm sterowania.

Kliniczna walidacja urządzenia do podawania insuliny w pętli zamkniętej obejmuje ścieżkę stopniowych wyzwań dla algorytmu i sprzętu, zaczynając od podstawowego badania na czczo w trybie doradczym i przechodząc do badań ambulatoryjnych z posiłkiem w pełnej pętli zamkniętej.

Celem tego badania jest ocena bezpieczeństwa i skuteczności urządzenia z zamkniętą pętlą poprzez zastosowanie technologii u uczestników z cukrzycą typu 1 w różnych scenariuszach, zaczynając od testu na czczo i przechodząc do kontroli nocnej, kontroli w czasie posiłku i wreszcie badanie ambulatoryjne.

Krótki opis każdej z 5 wizyt w okresie próbnym:

• Wizyta 1: Badanie przesiewowe obejmujące badanie kliniczne, badania krwi na czczo, wypełnienie kwestionariusza jakości życia w cukrzycy, ciągły glukometr podłączony do pacjenta
• Wizyta 2: Przegląd wyników ciągłego monitorowania glikemii po 5 dniach
• Wizyta 3: Zamknięta pętla krótkiego postu (6 godzin oceny w zamkniętej pętli)
• Wizyta 4: Długi czas trwania/nocny post w zamkniętej pętli i wyzwanie standardowego posiłku (13 godzin oceny w zamkniętej pętli)
• Wizyta 5: 24-godzinna ambulatoryjna automatyczna pętla zamknięta

Podczas wizyt 3-5 pobieranie krwi na glukozę i ketony kapilarne, poziom glukozy żylnej i insuliny będzie odbywać się co 15-30 minut, podczas gdy zamknięty system podawania insuliny będzie działał.