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Science TM:人工胰脏帮助I型糖尿病患者控制病情

来源:生物通 2010-04-16 09:16

来自波士顿大学,哈佛医学院等处的研究人员利用一种用电脑运算法则来平衡身体中血糖浓度的人工胰脏,帮助I型糖尿病患者更好地控制其病情。这一研究成果公布在Science-Translational Medicine杂志上。

去年9月,美国科学促进会(AAAS)创办了新周刊:《Science-Translational Medicine》,由美国国立卫生研究院(NIH)前任院长伊莱亚斯·瑞尔霍尼出任期刊的首席科学顾问,周刊主要关注加速将我们在生物机制研究领域的惊人进展转化为预防和治疗人类疾病的新方法。

全世界目前患有糖尿病的患者约2亿8500万人,在I型糖尿病人中,其胰腺不再能够产生足量的胰岛素(一种可降低血糖的激素)及释放出足量的胰高血糖素(一种可升高血糖的激素),这都影响了身体对血糖的控制能力。 目前,对这些患者来说,要保持健康的唯一方法是人工维持脆弱的血糖平衡以保证血糖不会下跌至低水平会飙升至过高的水平。 要做到这一点,患者需要日夜频繁地自我监控血糖及注射胰岛素,以及进行严格的饮食和运动。 即使保持非常高的警惕性,患者的血糖仍然会下降至危险的低水平,这种情况被称作低糖血症。

以往的有关人工胰的研发尝试都聚焦在胰岛素的供给上,因此其无法预防低糖血症的产生。在这篇文章中,研究人员研发出了一种可根据需要释放胰岛素和胰高血糖素的人工胰脏,其功能模仿非常接近于正常的胰脏。这种用电脑运算法则来平衡身体中血糖浓度的人工胰脏可帮助I型糖尿病患者更好地控制其病情。该装置最终可能作为一个可完全携带的人工胰系统的一部份在一个电脑的芯片上来运行。这可能会对全世界患有糖尿病的人的治疗带来革命性的变化。

这一人工胰脏是由一个连续性的血糖监控仪、2个在皮下注射激素的药泵以及一个运行一种可让2个药泵相互“交谈” 并计算出患者在任何一个特定的时间所需要的胰岛素和胰高血糖素的量是多少的电脑程式的笔记本电脑。应用这种人工胰脏,研究人员能够使加入研究的每一个人的血糖得到控制,并不会出现任何的低血糖症。人们现在正在测试一种可更加方便携带的人工胰脏,即该电脑程式是在一个极小的芯片上运行,而不是在一个笔记本电脑上运行。

目前国内患有糖尿病的患者9000多万人,平均每10个成年人中就有一人患有糖尿病, 血糖过高的潜在糖尿病患者人数达到1.5亿人。而且糖尿病可怕的是并发症,这是每一位糖尿病患者所担心的,也是糖尿病研究领域最难突破的问题。在血糖的控制方面,谁又能保持血糖一年365天不波动呢?一般人群在患糖尿病五年后就有并发症出现,从微血管病变到神经病变、免疫系统病变、代谢系统病变到大血管病变的一个发生过程。它们的病变都是由于糖代谢的紊乱导致脂代谢和蛋白质代谢紊乱所造成的,都是从最初的微血管堵塞开始,慢慢来侵蚀我们身体。在我们身体的各个器官中,又只有眼睛和肾脏的毛细血管最为丰富,也是最容易出现病变的地方。有时不会因为一次的夜尿频多或眼睛干涩所在意,其实并发症已经来临了。

目前研究显示干细胞移植有助改善糖尿病并发症,糖尿病是因胰岛B细胞功能下降或胰岛素抵抗所致胰岛素分泌不足所引起的,因此,阻止B细胞功能衰退,增加B细胞数量,能最大程度地挽救和恢复胰岛功能。研究发现,干细胞可以通过营养、替代等多种途径最大程度挽救和恢复胰岛功能,并且能直接改善如糖尿病足、神经血管病变等多种糖尿病并发症。该技术具有创伤小、手术时间短、效果明显、并发症发生率低等优点,受到糖尿病患者的欢迎。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原文出处:

Sci Transl Med: Vol. 2, Issue 27, p. 27ra27 | DOI: 10.1126/scitranslmed.3000619

A Bihormonal Closed-Loop Artificial Pancreas for Type 1 Diabetes

Firas H. El-Khatib1,*, Steven J. Russell2,*?, David M. Nathan2, Robert G. Sutherlin2 and Edward R. Damiano1

Automated control of blood glucose (BG) concentration is a long-sought goal for type 1 diabetes therapy. We have developed a closed-loop control system that uses frequent measurements of BG concentration along with subcutaneous delivery of both the fast-acting insulin analog lispro and glucagon (to imitate normal physiology) as directed by a computer algorithm. The algorithm responded only to BG concentrations and incorporated a pharmacokinetic model for lispro. Eleven subjects with type 1 diabetes and no endogenous insulin secretion were studied in 27-hour experiments, which included three carbohydrate-rich meals. In six subjects, the closed-loop system achieved a mean BG concentration of 140 mg/dl, which is below the mean BG concentration target of ≤154 mg/dl recommended by the American Diabetes Association. There were no instances of treatment-requiring hypoglycemia. Five other subjects exhibited hypoglycemia that required treatment; however, these individuals had slower lispro absorption kinetics than the six subjects that did not become hypoglycemic. The time-to-peak plasma lispro concentrations of subjects that exhibited hypoglycemia ranged from 71 to 191 min (mean, 117 ± 48 min) versus 56 to 72 min (mean, 64 ± 6 min) in the group that did not become hypoglycemic (aggregate mean of 84 min versus 31 min longer than the algorithm’s assumption of 33 min, P = 0.07). In an additional set of experiments, adjustment of the algorithm’s pharmacokinetic parameters (time-to-peak plasma lispro concentration set to 65 min) prevented hypoglycemia in both groups while achieving an aggregate mean BG concentration of 164 mg/dl. These results demonstrate the feasibility of safe BG control by a bihormonal artificial endocrine pancreas.

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