Dobbelt intraperitoneal kunstig pankreas

APT logo

Hos pasienter med diabetes type 1 (DM 1) har kroppen helt mistet evnen til å lage insulin. Første gang insulin ble tilført et menneske var i 1922 og det står som et av de virkelig store gjennombruddene i medisinens historie. Pasienter som tidligere hadde gått en sikker død i møte, kunne nå leve et langt liv. Det ble imidlertid raskt klart at den nye livreddende behandlingen ga nye problemstillinger slik som et svingende blodsukker med både for lavt og for høyt blodsukker. Den største utfordringen for pasienter med DM1 er at kronisk forhøyet blodsukker over mange år hos mange pasienter medfører såkalte diabetiske senkomplikasjoner slik som nyresvikt og øyebunnsforandringer. Blant annet på grunn av forandringer i små og store blodkar kan dette i verste fall kan ende med blindhet, nevropati (smertefulle forandringer i nervesystemet), og hjerteinfarkt, hjerneslag og amputerte bein. Til tross for betydelig forbedringer i behandling de senere årene bidrar senkomplikasjoner til at personer med DM1 fra ungdommen av fortsatt har om lag 10 års redusert forventet levetid. God regulering av blodsukkeret er derfor nødvendig for best mulig behandling av DM1. Helt siden 1970-tallet, har man drømt om å kunne tilby pasienter med DM1 en slik kunstig pankreas (bukspyttkjertel) for automatisk styring av insulintilførselen. Nå nærmer vi oss de teknologiske løsningene som trengs for å få til dette.

Kunstig pankreas – Nåværende status

I år 2000 kom det første utstyret for kontinuerlig måling av glukose (Continous Glucose Monitoring, CGM) på markedet, hvor man måler glukose rett under huden. Siden har teknologien er blitt gradvis forbedret og det er nå flere firma og modeller å velge mellom. Felles for dem alle er at det glukosenivået de måler, er forsinket i forhold til det glukosenivået som er i blodet. Dette skyldes en fysiologisk forsinkelse ved at glukose bruker tid på å gå fra blodbanen til der måleren er plassert. Denne forsinkelsen er på minst 6-7 minutter, med betydelig individuell variasjon fra pasient til pasient. I tillegg til en forsinkelse i selve sensoren, blir glukoseverdien gjerne oppgitt hvert 5. minutt som et beregnet gjennomsnitt av de fem siste minuttene. Samlet sett betyr dette at den glukoseverdien fra apparatet kan være 15 minutter eller mer forsinket i forhold til glukoseverdien i blodet.

Pasienter med DM1 behandles i dag enten med insulininjeksjoner som de selv setter, eller ved hjelp av insulinpumper som gir en forhåndsprogrammert tilførsel av insulin i tillegg til manuell dosering av insulin i forbindelse med måltid. Utfordringen er at selv med de mest hurtigvirkende insulinvariantene, tar det 45 minutter før maksimal insulinkonsentrasjon nås i blodet; mens maksimal glukosesenkende effekt sees etter 1,5-2 timer og varer i minst 5 timer til sammen. Dette medfører at det er vanskelig å tilføre nok insulin til å begrense glukosestigningen uten samtidig å få for lavt blodsukker før neste måltid. I praksis vil man ofte ende opp med å ha kronisk forhøyet blodsukker store deler av døgnet noe som disponerer for utvikling av senkomplikasjoner.

Mange forskningsgrupper rundt i verden som jobber med å lage en kunstig pankreas. Felles for disse er at de videreutvikler teknologien som er beskrevet ovenfor. Fordi glukose måles i underhuden og insulin settes samme sted, vil denne tilnærmingen (dobbelt subkutan pankreas), aldri kunne gi virkelig god blodsukkerkontroll. Dette illustreres ved at pasienten selv må dosere insulin i forbindelse med måltider eller oppgi til systemet hvor mye mat de skal innta slik at pumpen beregner insulindosen som skal gis til det aktuelle måltidet. Uten slike manuelle tilpasninger vil man få store variasjoner i reguleringen av blodsukkeret.

Matematiske beregninger for en kunstig pankreas basert på dobbelt subkutan tilnærming viser at vil man få kraftige glukosestigninger etter måltid dersom man skal unngå for lavt blodsukker før neste måltid. Gir man mer insulin for å begrense denne glukosestigningen vil det medføre for lavt blodsukker etter 3-4 timer og man må spise mellommåltider for å unngå episoder med for lavt blodsukker.

Dobbelt intraperitoneal kunstig pankreas

Vår forskergruppe, Artificial Pancreas Trondheim (APT), ble formelt dannet i august 2013, da som et resultat av mangeårig engasjement og forskning på sensorteknologi ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) og St. Olavs hospital i Trondheim. APT har som mål å lage en kunstig pankreas som skal normalisere blodsukkeret hos pasienter med DM1. Vi mener dette ikke er mulig ved å benytte dagens tilgjengelig glukosesensorteknologi og dobbelt SC tilnærming. Dette ledet oss til å satse på det vi kaller dobbelt intraperitoneal (IP) tilnærming, hvor vi vil måle glukosenivået i den væsken som befinner seg inne i bukhulen. Egne og andres forsøk viser en mye raskere respons på endringer i glukosenivået sammenlignet med gjeldende teknologi. I tillegg vil IP tilført insulin absorberes mye raskere enn slik man setter insulin i dag. Dette betyr en mye raskere reguleringssløyfe og modelleringer viser at man med vår tilnærming kan oppnå normalisering av blodsukkeret, dvs. de samme blodsukkernivåene som en frisk person har.

Vi satser derfor på en dobbelt IP tilnærming og det ultimate målet er å lage en så liten, robust og velfungerende kunstig pankreas at pasientene i det daglige helt kan glemme at de har diabetes. De skal bare måtte forholde seg til alarm når insulin må etterfylles med dagers mellomrom, og når batteriet må lades eller erstattes.

Prosjektet springer ut fra Fakultet for medisin og helsevitenskap ved NTNU. Foto: Geir Mogen / NTNU

Utfordringer i prosjektet

Dette er et svært ambisiøst prosjekt som krever utvikling av mye ny teknologi. Den største utfordringen er å etablere en løsning for kontinuerlig IP glukosemåling. Her kan man ikke ta utgangspunkt i den teknologien som i dag er veletablert for kontinuerlig subkutan glukosemåling, men må utvikle ny sensorteknologi. Ved å skulle måle glukose IP reduseres en del utfordringer som finnes ved subkutan glukosemåling, men til gjengjeld oppstår en noen nye.

En annen utfordring er at vi må utvikle en abdominal port, dvs. et slags lite rør som skal opereres inn i mageveggen og som glukoseføleren skal føres inn i bukhulen gjennom. Denne porten må være liten, og målet er at den utvendige diameteren skal være maksimalt 1 cm. Dette betyr igjen at selve sensoren og kanylen for tilførsel av insulin må være tilsvarende små, og vi ser for oss en maksimal diameter på 4-5 mm.

Vi må også utvikle den matematiske modellen for styring av insulininfusjonen basert på glukosenivået. For å kunne gjøre det, må vi framskaffe gode data for sammenhengen mellom glukose målt i intraarterielt og IP, samt effekten av IP insulin på glukosenivået.

Fagområder involvert i prosjektet

Forskningsprosjektet Double Intraperitoneal Artificial Pancreas er et utpreget tverrfaglig forskningsprosjekt hvor følgende fagområder ved NTNU og St. Olavs hospital foreløpig er involvert:

Kybernetikk (styringssystemer), matematisk modellering, biosensorteknologi, bioteknologi, biokjemi, optisk spektroskopi, veterinærmedisin og de medisinske spesialitetene endokrinologi, anestesi og intensivmedisin, og farmakologi. Ettersom prosjektet utvikler seg, vil ytterligere spesialkompetanse bli involvert.

Prosjektet har også et formalisert samarbeide med det norske firmaet Prediktor Medical AS som også arbeider med å utvikle en glukosesensor.

Konklusjon

Vårt forskningsprosjekt Double Intraperitoneal Artificial Pancreas er et dristig forskningsprosjekt som adresserer utfordringer mange andre forskningsgrupper unnviker. Prosjektet har store utfordringer men har samtidig potensiale til å utvikle en robust kunstig pankreas som kan normalisere eller nær normalisere blodsukkeret hos pasienter med DM1. Vi har tro på at vi vil lykkes og da vil vi ikke bare forenkle hverdagen til pasienter med DM1, vi vil også kunne bedre deres livskvalitet, fjerne tendensen til diabetiske senkomplikasjoner og normalisere deres forventede levealder.

Forfatter

Sven Magnus Carlsen

E-post: sven.carlsen@ntnu.no
Tlf: 91769528

Profil

Reinold Ellingsen

E-post: reinold.ellingsen@ntnu.no

Profil

Øyvind Stavdahl

E-post: oyvind.stavdahl@ntnu.no

Profil

Anders Lyngvi Fougner

E-post: anders.fougner@ntnu.no
Tlf: 97158863

Profil

Tilknyttet prosjekt
Tema
Forskning Helse Blogg

Publisert: 14. Mar 2017 - kl. 09:15
Sist oppdatert: 03. Jul 2017 - kl. 10:59