Hari ini, algoritma di mana-mana mengetahui kebutuhan seseorang dan menyesuaikan pengalaman yang sesuai. Layanan musik menyesuaikan daftar putar. Pengecer menawarkan rekomendasi produk spesifik. Platform media sosial terus-menerus menghitung konten terbaik berikutnya untuk ditampilkan, secara real time.
Konten terkait
- Alat Pemantau Darah Terinspirasi oleh Nyamuk
Insinyur biomedis Universitas Boston Edward Damiano dan rekan-rekannya, termasuk ilmuwan riset senior Firas El-Khatib, telah menggunakan logika yang sama untuk mengatasi tantangan medis: cara mengatur kadar insulin dan glukagon secara otomatis pada pasien diabetes tipe 1, secara real time.
Tim ini mengembangkan dan menguji, dengan sebuah kelompok di Rumah Sakit Umum Massachusetts, sebuah alat yang disebut pankreas bionik. Sementara namanya mungkin menyulap visi Iron Man dan super-bot, produk yang sebenarnya adalah adaptasi dari alat umum yang sudah banyak digunakan oleh pasien diabetes tipe 1.
Saat ini, pasien memakai pompa insulin eksternal, sering di perut mereka. Pompa portabel memasok insulin kepada penggunanya melalui kateter atau tabung plastik yang dimasukkan di bawah kulit perut mereka, tetapi pompa itu harus diperiksa secara teratur untuk memastikannya pada tingkat yang tepat. Bersama-sama, pompa, kateter, dan baja atau jarum Teflon yang berada di bawah kulit membentuk apa yang disebut "set infus." Pasien juga mengandalkan sensor glukosa kontinu. Sensor kecil dimasukkan di bawah kulit bersama dengan pemancarnya, sangat mirip dengan pompa, dan ditahan dengan perekat seperti Band-Aid. Ini memantau tingkat glukosa dan mengirimkan informasi ini ke perangkat eksternal menggunakan sinyal listrik. Saat ini, pasien juga harus secara manual melacak informasi yang disediakan sensor.
Pankreas bionik menggunakan algoritma kontrol untuk menghubungkan dua bagian ini. Ini bertindak sebagai jembatan antara sensor glukosa kontinu dan pompa, menghilangkan kebutuhan konstan untuk memeriksa salah satu dari mereka.
Cara kerjanya: sensor menangkap gula darah seseorang dan mengirimkan data itu ke telepon pintar. Algoritma kontrol, yang berjalan pada smartphone, menggunakan data yang baru saja diterima untuk menentukan kebutuhan insulin dan glukagon pasien. Smartphone menggunakan sinyal Bluetooth untuk mengirim informasi ini ke dua pompa yang dipakai pasien, satu untuk insulin dan satu untuk glukagon, yang kemudian memberikan jumlah masing-masing yang diperlukan.
Menggunakan sinyal Bluetooth, smartphone berkomunikasi ke dua pompa, satu untuk insulin dan satu untuk glukagon. (Tim Pankreas Bionik) Algoritma
Tulang punggung perangkat adalah algoritma kontrol yang Damiano dan timnya buat. Dimulai dengan mengenal beberapa parameter kunci tentang pasien — usia mereka, berat badan mereka, dan yang paling penting, komposisi gula darah mereka dan bagaimana perubahannya. Setelah memiliki informasi ini, algoritma membuat rekomendasi yang tepat, setiap lima menit, 24 jam sehari, dengan total 288 keputusan penting setiap hari, tentang berapa banyak insulin atau glukagon yang harus dilepaskan pompa mereka ke dalam aliran darah pasien.
"Kami senang mengembangkan pendekatan yang dapat mengurangi beban diabetes, " kata Steven Russell, peneliti utama pada tim klinis.
Penderita diabetes membutuhkan suntikan insulin ketika gula darahnya terlalu tinggi dan glukagon ketika terlalu rendah, untuk mencegah kondisi seperti hiperglikemia dan hipoglikemia. Sindrom "Mati di tempat tidur" jarang terjadi tetapi tiba-tiba, fluktuasi fatal dalam gula darah yang dapat terjadi ketika seorang muda dengan Diabetes Tipe 1 sedang tidur. Saat ini, pasien diabetes harus secara konsisten dan manual memantau gula darah mereka untuk memastikan tidak naik atau turun ke tingkat yang berbahaya. Menurut Saleh Adi, pendiri dan direktur Klinik Madison untuk Diabetes Pediatrik di University of California, San Francisco, rata-rata pasien memeriksa gula darahnya antara 4 hingga 10 kali sehari.
Kehidupan Sehari-hari Dengan Pankreas Bionik
Seperti yang ada saat ini, pengguna harus mengkalibrasi pankreas bionik dua kali sehari dengan menusuk jari telunjuk dan memberikan setetes darah untuk mengkomunikasikan kadar glukosa sebelum sarapan dan makan malam. Nilai-nilai ini digunakan sebagai titik referensi. Seorang pemakai juga dapat mengumumkan makanan, memperingatkan perangkat perubahan gula darah yang akan datang. Sepanjang hari, sistem akan bertujuan untuk mendapatkan pasien sedekat mungkin dengan level glukosa targetnya. Pengguna harus mengganti glukagon dan suplai insulin mereka setiap hari dengan mengisi ulang reservoir dalam pompa mereka, meskipun tim berharap ini akan menjadi kurang sering karena kemajuan yang lebih ilmiah dilakukan di lapangan. Tujuan akhirnya adalah mengembangkan pankreas bionik yang mampu berjalan sepenuhnya secara mandiri.
“Ketika Anda terus berubah pada skala waktu harian, hal ini akan terus beradaptasi dengan Anda pada skala waktu yang relevan, ” kata Damiano.
Sistem ini adalah salah satu yang pertama yang mampu memberikan insulin dan glukagon. Versi sebelumnya oleh tim bersama dengan perangkat lain oleh Universitas Cambridge, UC Santa Barbara dan University of Virginia hanya mampu menyediakan insulin karena betapa tidak stabilnya glukagon dalam larutan.
A Personal Cause
Putra Damiano yang berusia 15 tahun, David, menderita diabetes tipe 1. Diagnosisnya, sebagai bayi, adalah yang menginspirasi Damiano untuk membuat perangkat ini.
“Ketika putra saya berusia sekitar satu tahun, terlintas dalam benak saya bahwa mungkin ada cara saya bisa berperan dalam meningkatkan perawatannya, ” kata Damiano, yang telah mengerjakan model matematika aliran darah dalam tubuh.
Karyanya dengan El-Khatib pada pankreas bionik dimulai pada tahun 2001, saat teknologi yang dibutuhkan masih dalam pengembangan. Sebuah pompa insulin sudah ada, tetapi sensor glukosa kontinu yang dapat mendeteksi kadar gula darah di bawah kulit baru saja muncul. Damiano fokus pada bagian yang dia tahu bisa dia ubah. "Laboratorium saya mengambil kecerdasan sistem, " katanya.
Sementara timnya telah mengerjakan aspek perangkat ini, ada kemajuan bersamaan dalam sensor dan elemen lain yang diperlukan untuk membuat penemuan ini bekerja. Perusahaan termasuk Dexcom dan Medtronic memiliki sensor halus yang secara terus menerus melacak gula darah. Yash Sabharwal dan timnya di Xeris Pharmaceuticals telah mengembangkan cara untuk menstabilkan glukagon dalam larutan.
"Sebuah pankreas buatan hanya dengan insulin seperti mencoba mengendarai mobil di mana Anda memiliki akselerator dan tidak ada rem, " kata Sabharwal, chief operating officer di Xeris Pharmaceuticals. "Kami telah mengembangkan formulasi glukagon yang dapat stabil selama dua tahun, dibandingkan dengan solusi saat ini yang perlu dicampur secara real time."
Menguji Perangkat
Pada tahun 2004, setelah ia meninggalkan Universitas Illinois untuk jabatan profesor di Universitas Boston, Damiano mulai menguji algoritma kontrolnya pada babi diabetes. Dia mengukur seberapa akurat itu dapat melacak kadar gula darah mereka dan merekomendasikan dosis insulin atau glukagon yang tepat.
Setelah beberapa hasil positif, Damiano bertemu Russell pada 2006, dan bersama-sama mereka mendapatkan izin FDA untuk studi manusia pertama mereka. Mereka telah melakukan uji klinis sejak itu, termasuk beberapa yang menguji perangkat pada orang dewasa di rumah dan anak-anak di kamp musim panas.
Salah satu peserta yang menguji pankreas bionik tahun lalu memegang telepon pintar, yang menjalankan algoritme. (Tim Pankreas Bionik) Tim telah dapat mempelajari bagaimana perangkat berfungsi dan beradaptasi dengan gaya hidup aktif dengan memungkinkan peserta uji coba untuk “menjadi diri mereka sendiri” dan mengalami rutinitas, makanan, dan latihan teratur. Saat melakukannya, mereka telah menemukan pankreas bionik lebih efektif daripada sistem pompa yang dioperasikan secara manual.
“Kami telah beralih dari menjalankan algoritma pada laptop dengan babi menjadi menjalankannya pada laptop dengan manusia menjadi menjalankannya pada iPhone, sehingga orang dapat membawanya berkeliling dengan mereka, ” kata Damiano.
Campers menggunakan pankreas bionik selama salah satu percobaan, dengan penyelidik klinis utama Steven Russell. (Cacian) Damiano dan Russell akan melakukan uji coba dengan Universitas Massachusetts, Rumah Sakit Umum Massachusetts, Universitas Stanford dan Universitas North Carolina di Chapel Hill hingga 2017. Sebuah studi pada 2016 akan melihat dampak dari menggunakan pankreas bionik pada pasien selama tahun.
"Dalam uji klinis kami, ada semua jenis gangguan yang terjadi, karena itu adalah alat mekanis, " kata Damiano, mengutip sensor waktu habis, kartrid insulin kosong dan koneksi yang buruk antara bagian-bagian yang berbeda. Alarm untuk memberi tahu pemakainya ketika ada kesalahan fungsi untuk mengatasi masalah ini, tetapi tim mencari cara untuk mencegahnya.
Langkah Berikutnya: Perangkat yang Terintegrasi Penuh
Damiano berusaha keras untuk memiliki perangkat yang terintegrasi penuh — satu unit ukuran iPhone 5 dengan pompa insulin, pompa glukagon, sensor, dan penerima dalam perangkat infus bertenaga baterai — siap pada waktunya untuk kepergian putranya ke perguruan tinggi pada tahun 2018.
“Diabetes tipe 1 menanyakan jumlah orang yang unik. Saya tidak dapat memikirkan penyakit lain di mana kami memberikan obat kepada pasien dan berkata, 'Anda memutuskan berapa banyak untuk diambil, ' "kata Russell. "Kami memiliki kesempatan untuk mengubah paradigma perawatan diabetes."
“Orang-orang sekarang mengelola gula darah mereka dalam gelap, ” kata Damiano.
Membantu mereka yang menderita diabetes tipe 1 adalah prioritas utama Damiano, tetapi semoga, katanya, pekerjaan timnya akan bermanfaat bagi pasien diabetes tipe 2 dan, kemudian, meningkatkan akurasi tetesan insulin yang digunakan dalam pengaturan rumah sakit.
Ketika pankreas bionik berfungsi penuh tersedia, pasien diabetes tipe 1 dan orang tua dari anak-anak dengan kondisi ini tidak perlu memikirkan gula darah setiap detik.
"Jika anak berusia lima tahun berlari 100 yard, Anda mungkin harus menyesuaikan insulinnya, " kata Adi. "Jika kita bisa mengambil semua ini, kita bisa mengembalikan spontanitas."
