Lehetséges-e, hogy egy algoritmus egyszer olyan pontosan szabályozza a vércukorszintünket, ahogyan azt egészséges szervezetünk teszi? A mesterséges hasnyálmirigy fejlesztése éppen erre a kérdésre keresi a választ. A folyamatos glükózmonitorozás, az intelligens inzulinadagolás és a mesterséges intelligencia együttesen új lehetőségeket nyitnak a cukorbetegség kezelésében. De hogyan működik egy ilyen rendszer, és milyen szerepet játszanak fejlesztésében az Óbudai Egyetem kutatói?
Az 1-es típusú diabéteszben az immunrendszer megtámadja a hasnyálmirigy inzulintermelő sejtjeit, ezért a szervezet nem képes elegendő inzulint előállítani. A betegeknek így külső inzulinpótlásra van szükségük. A 2-es típusú diabéteszben ezzel szemben jellemzően az inzulin hatékonyságának csökkenése, vagyis az inzulinrezisztencia, illetve idővel az inzulintermelés elégtelensége okozza a problémát. Kialakulásában genetikai, életmódbeli és egyéb tényezők egyaránt szerepet játszhatnak.
Kovács Levente a beszélgetésben hangsúlyozza, hogy a cukorbetegség nemcsak orvosi, hanem jelentős társadalmi kihívás is. A megfelelő kezelés lehetővé teszi a betegek számára a teljes és aktív életet, ugyanakkor a folyamatos ellenőrzés, a terápiás döntések és a szakemberigény komoly terhet jelentenek az egészségügyi ellátórendszer számára.
Hogyan lesz egy orvosi problémából mérnöki feladat?
Első hallásra meglepőnek tűnhet, hogy egy villamosmérnök a cukorbetegség kezelésével foglalkozik. A magyarázat azonban a szabályozástechnikában rejlik. A mérnöki tudományok számos olyan rendszert ismernek, amelyek működését folyamatos mérés és visszacsatolás segítségével szabályozzák. Egy termosztát például méri a helyiség hőmérsékletét, összehasonlítja azt a kívánt értékkel, majd szükség esetén beavatkozik a fűtés működésébe.
A vércukorszint szabályozása hasonló alapelvre épülhet, azzal a lényeges különbséggel, hogy az emberi szervezet sokkal összetettebb és kevésbé kiszámítható. A mesterséges hasnyálmirigy tulajdonképpen egy visszacsatolt, automatizált szabályozórendszer, amely három alapvető elemből áll:
Folyamatos glükózmonitorozó szenzor (CGM): rendszeresen méri a szövetközi folyadék glükózkoncentrációját.
- Szabályozóalgoritmus: a mért adatok és a rendszer működési modellje alapján meghatározza a szükséges beavatkozást.
- Inzulininfúziós pumpa: a számított adagolási utasításnak megfelelően juttat inzulint a szervezetbe.
- A rendszer tehát nem egyszerűen mér, hanem a mérési eredmények alapján képes módosítani az inzulinadagolást.
A mesterséges hasnyálmirigy elnevezés ugyanakkor nem egy beültetett, mesterségesen létrehozott szervet jelent, hanem több eszköz és egy intelligens vezérlőrendszer összehangolt működését.
A hátizsák méretű berendezésektől az intelligens inzulinpumpákig
A mesterséges hasnyálmirigy gondolata korántsem új. A kutatások már az 1970-es években elindultak. A korai rendszerek azonban még nagyméretűek és nehezen hordozhatók voltak. A beszélgetésben Kovács Levente felidézi a Biostator nevű berendezést, amely a vércukorszint mérésének és az inzulinadagolás szabályozásának korai technológiai megoldásai közé tartozott.
A fejlesztéseket akkoriban elsősorban a korlátozott számítási kapacitás, a mérési technológiák fejletlensége és az emberi szervezet működésének összetettsége akadályozta. Az egyik legnagyobb problémát az úgynevezett holtidő jelentette.
Az elfogyasztott táplálék nem azonnal emeli meg a vércukorszintet, és a beadott inzulin hatása sem azonnal jelentkezik. A szabályozórendszernek ezért nem elegendő az aktuális glükózértékre reagálnia: előre kell jeleznie a várható változásokat is.
A 2000-es években a hordozható glükózszenzorok, az inzulinpumpák és a számítástechnikai eszközök fejlődése új lendületet adott a kutatásoknak.
Napjainkra a korábban nagyméretű berendezések helyét kisméretű, hordozható eszközök vették át. A szabályozóalgoritmus egyes rendszerekben már okostelefonos alkalmazáshoz is kapcsolódhat, miközben a beteg a mindennapi tevékenységeit végzi. A technológiai fejlődés egyik legfontosabb eredménye tehát nem csupán a pontosabb szabályozás, hanem a betegek életminőségének javítása.
A Határtalan Innováció podcast sorozatot megtalálod az Óbudai Egyetem Youtube csatornáján is!
A Határtalan Innováció podcast sorozatot megtalálod az Óbudai Egyetem Youtube csatornáján is!
„A MEC_N 149937 számú projekt a Kulturális és Innovációs Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával, a MEC_24 pályázati program finanszírozásában valósult meg.”
