Avaliação clínica de um sistema de administração de insulina em circuito fechado

Fundo:

O diabetes tipo 1 é causado por anticorpos que atacam as células β produtoras de insulina no pâncreas. O tratamento geralmente é feito por injeções regulares de insulina, informadas por medições de glicose em amostras de sangue por picada no dedo. No entanto, as injeções não imitam o comportamento normal da célula β e isso leva a um controle subótimo da glicose no sangue e a complicações, incluindo insuficiência renal, cegueira, danos nos nervos e doenças cardíacas. O tratamento agressivo pode ajudar, mas pode levar a níveis baixos de glicose no sangue potencialmente perigosos (hipoglicemia). O controle da glicose é medido pela HbA1c (intervalo normal de 4 a 6%), uma medida da quantidade de hemoglobina exposta à glicose durante um período de cerca de 3 meses.

Os regimes atuais para tratar o diabetes tipo 1 na prática clínica são baseados principalmente em injeções de insulina subcutânea várias vezes ao dia em dosagens determinadas por medições intermitentes de glicose no sangue. O DCCT (Diabetes Control and Complications Trial) demonstrou que o manejo intensivo usando esses princípios reduziu as complicações em 50-76%. Isso ocorreu às custas do aumento da hipoglicemia, especialmente em níveis de HbA1c <7,5%. Em outros estudos, o manejo intensivo resultou em pessoas gastando 30% do dia com valores de glicose > 10 mM e > 2 horas/dia em hipoglicemia, geralmente à noite.

Um sistema de circuito fechado oferece o potencial de melhorar a HbA1c, evitando a hipoglicemia. Requer medição contínua de glicose, um dispositivo de controle e uma bomba para administração de insulina. O assunto foi amplamente revisado. Dispositivos de controle inteligentes foram desenvolvidos por outros, usando os princípios de controle de feedback ou modelagem preditiva. Estes foram inicialmente complicados, e. o 'biostator', mas sistemas mais recentes foram miniaturizados e são capazes de alcançar o controle da glicose no sangue no estado de jejum, quando fornecidos com uma entrada de níveis de glicose intersticial. Eles ainda não se mostraram robustos, podem estar associados à hipoglicemia e não são capazes de alcançar um controle pós-prandial adequado nem de lidar com doenças intercorrentes fora do ambiente hospitalar.

Este protocolo de ensaio clínico avalia o sistema de administração de insulina de circuito fechado do Imperial College. A administração de insulina em circuito fechado compreende 3 componentes principais: o sensor de glicose, o algoritmo de controle e o sistema de administração de insulina.

O sensor de glicose que será usado durante os estudos de validação clínica é um dispositivo aprovado pela MHRA com marcação CE e fabricado pela Medtronic. É um sensor subcutâneo que fica logo abaixo da pele e amostras de fluido intersticial usando um eletrodo de enzima. Uma pequena voltagem é aplicada através do sensor e uma corrente é realimentada para a instrumentação do sensor. Esta corrente é proporcional à concentração de glicose no fluido intersticial e é calibrada contra a glicose no sangue no mínimo 12 horas.

O algoritmo de controle é derivado de experimentos fisiológicos realizados por outros grupos que demonstraram como as células beta do pâncreas produzem insulina em pessoas sem diabetes. Utilizando os dados desses experimentos foi possível implementar o comportamento da célula beta em software e utilizamos um simulador com 200 pacientes virtuais para demonstrar a segurança e eficácia do software. Os dados do simulador estão anexados a este aplicativo como um apêndice. O simulador foi desenvolvido a partir de dados humanos e leva em conta os erros do sensor, posicionamento do sensor, via de administração de insulina e absorção de glicose na hora da refeição. Foi aprovado pelo FDA nos Estados Unidos como uma etapa no caminho do desenvolvimento de um pâncreas artificial e foi validado em relação a dados humanos. No dispositivo de validação clínica, o algoritmo de controle é implementado em uma placa de circuito impresso usando um microcontrolador programável.

O dispositivo de bomba de insulina usado durante a validação clínica é o Roche Accu-Check Combo Spirit. Este é um dispositivo aprovado pela MHRA com a marca CE e será fornecido pela Roche com capacidade para comunicação direta do motor para que possamos verificar se a bomba está fazendo o que o software comanda e com uma licença para usar o protocolo de comunicação para fins de pesquisa. Isso garante uma comunicação segura entre o algoritmo de controle e a bomba e fornece uma proteção contra falhas para garantir que o motor da bomba esteja respondendo adequadamente ao algoritmo de controle.

A validação clínica do dispositivo de administração de insulina de circuito fechado segue um caminho de desafios incrementais para o algoritmo e o hardware, começando com um estudo basal em jejum no modo consultivo e progredindo para estudos ambulatoriais com refeições em circuito fechado completo.

O objetivo deste estudo é avaliar a segurança e a eficácia do dispositivo de circuito fechado, aplicando a tecnologia a participantes com diabetes tipo 1 em uma variedade de cenários, começando com um teste de jejum e progredindo para controle noturno, controle de refeições e, finalmente, um teste ambulatorial.

Breve resumo de cada uma das 5 visitas dentro do período experimental:

• Visita 1: Triagem incluindo exame clínico, exames de sangue em jejum, preenchimento do questionário de qualidade de vida do diabetes, monitor de glicose contínuo anexado ao indivíduo
• Visita 2: Revisão dos resultados do monitoramento contínuo da glicose após 5 dias
• Visita 3: Circuito Fechado de Jejum de Curta Duração (6 horas de avaliação de circuito fechado)
• Visita 4: Circuito Fechado de Jejum de Longa Duração/Noite e Desafio de Refeição Padrão (13 horas de avaliação de circuito fechado)
• Visita 5: Circuito fechado automático ambulatorial 24 horas

Durante as visitas 3-5, a amostragem de sangue para glicose capilar e cetonas, glicose venosa e níveis de insulina ocorrerá a cada 15-30 minutos enquanto o sistema de administração de insulina em circuito fechado estiver funcionando.