Künstliche Bauchspeicheldrüse am Horizont

Eine künstliche Bauchspeicheldrüse könnte die Behandlung von Diabetes revolutionieren, und sie ist vielleicht nur noch wenige Jahre entfernt.

Künstliche Bauchspeicheldrüse am Horizont

Eine künstliche Bauchspeicheldrüse könnte die Behandlung von Diabetes revolutionieren, und sie ist vielleicht nur noch wenige Jahre entfernt.

Aus dem Arztarchiv

Für Millionen von Diabetikern auf der ganzen Welt ist das Leben eine Abfolge von Fingerstichen, Injektionen und Blutzuckerspiegelanstiegen und -abfällen. Doch die künstliche Bauchspeicheldrüse, die den Blutzuckerspiegel automatisch reguliert, könnte all dies ändern.

"Die künstliche Bauchspeicheldrüse wird die Behandlung von Diabetes revolutionieren", sagt Dr. Eric Renard, Professor für Endokrinologie, Diabetes und Stoffwechsel an der Medizinischen Hochschule Montpellier in Montpellier, Frankreich. "Es wird Diabetes-Komplikationen verhindern [zu denen Blindheit, Nierenversagen, Amputationen, Herzerkrankungen und Tod gehören]. Und die Lebensqualität wird sich enorm verbessern, da die Menschen sich nicht ständig piksen und überwachen müssen", sagt Renard, der die erste klinische Studie mit dem Gerät leitet.

Die künstliche Bauchspeicheldrüse soll Patienten mit Typ-1-Diabetes dabei helfen, den Blutzuckerspiegel im normalen Bereich zu halten - ein entscheidender Faktor, um Diabetes-Komplikationen zu verhindern, erklärt er.

Das künstliche Organ besteht aus drei Teilen, die alle perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen: einem Sensor, der den Blutzuckerspiegel oder den Gewebezucker kontinuierlich überwacht, einer Insulininfusionspumpe und einem Computeralgorithmus, der die Insulinabgabe Minute für Minute auf der Grundlage des gemessenen Blutzuckers steuert, sagt Jeffrey I. Joseph, DO, Direktor des Artificial Pancreas Center an der Thomas Jefferson University in Philadelphia. Der Sensor leitet die Informationen an die Pumpe weiter, die dann genau die richtige Menge Insulin abgibt.

Ein vollständig automatisiertes und integriertes Gerät wird wahrscheinlich frühestens in vier Jahren einsatzbereit sein - vielleicht sogar erst in einigen Jahren. Aber "wir kommen Schritt für Schritt voran", sagt Joseph, und Forscher auf der ganzen Welt testen verschiedene Komponenten des Systems allein oder in Kombination.

Insulinpumpe ein Schritt nach vorn

Am weitesten fortgeschritten in der Entwicklung ist die Insulinpumpe, die an einem Gürtel getragen oder vollständig in den Körper implantiert wird. Die externe Pumpe wird bereits von Tausenden von Diabetikern weltweit verwendet, und die implantierbare Pumpe ist in Europa zugelassen und wird in den USA klinisch getestet.

Die Entwicklung der implantierbaren Pumpe war ein großer Schritt nach vorn, sagt Renard, denn Studien haben gezeigt, dass sie bei der Kontrolle des Blutzuckerspiegels und der Verbesserung der Lebensqualität deutliche Vorteile gegenüber der mehrfachen täglichen Injektion von Insulin bietet.

Das von Medtronic MiniMed in Northridge, Kalifornien, hergestellte Gerät in der Größe eines Hockey-Pucks wird unter die Bauchhaut implantiert, von wo aus es Insulin an den Körper abgibt, "genau wie die echte Bauchspeicheldrüse", sagt er.

Lori Hahn, eine 41-jährige Kalifornierin, die seit mehr als zehn Jahren an Diabetes leidet, sagt, die implantierbare Pumpe habe ihr Leben verändert. "Vor der Pumpe war mein Leben eine Achterbahnfahrt, sowohl blutzuckermäßig als auch emotional", sagt Hahn, die an einer klinischen Studie in den USA teilnimmt. "Ich hatte das Gefühl, die Kontrolle zu verlieren, und musste einen Großteil meiner Zeit darauf verwenden, meinen Blutzucker zu kontrollieren.

"Mit der implantierbaren Pumpe kann ich vergessen, dass ich Diabetikerin bin", sagt Hahn, eine berufstätige Ehefrau und Mutter von drei aktiven Kindern.

Die Pumpe, die ein speziell entwickeltes Insulin verwendet, wird alle zwei bis drei Monate aufgefüllt. Sie gibt über den Tag verteilt in kurzen Schüben Insulin ab, ähnlich wie eine Bauchspeicheldrüse. Sie ist außerdem so programmiert, dass sie zu den Mahlzeiten höhere Insulinmengen abgibt. Vor einer Mahlzeit oder einem Snack genügt ein Knopfdruck auf einem pagergroßen persönlichen Pumpen-Kommunikator, um die Pumpe anzuweisen, eine Insulindosis abzugeben.

Intelligentes System ein wichtiger Meilenstein

Andere Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Kommunikation zwischen dem Glukosesensor und der externen Insulinpumpe. Laut Joseph wurde diesen Sommer ein wichtiger Meilenstein erreicht, als die FDA eines der ersten intelligenten Systeme genehmigte, das die Kommunikation zwischen den beiden Systemen über eine drahtlose Verbindung ermöglicht.

Solche Systeme nehmen der Insulindosierung viel von ihrem Rätselraten, sagt er.

Früher mussten sich die Patienten in den Finger stechen und das Blut auf einen Streifen auftragen, um den Blutzuckerwert zu ermitteln, dann schätzen, wie viele Gramm Kohlenhydrate sie essen wollten, und im Kopf ausrechnen, wie viel Insulin sie brauchten. Das System ließ viel Raum für Fehler, wobei eine falsche Berechnung zu gefährlich hohen oder niedrigen Blutzuckerwerten führen konnte.

Mit dem neu zugelassenen Paradigm-System, das die Medtronic MiniMed-Insulinpumpe mit einem Glukosemessgerät von Becton Dickinson kombiniert, stechen sich die Patienten nach wie vor in den Finger, um ihren Blutzuckerspiegel zu messen. Der pagergroße Glukosemonitor überträgt die Informationen jedoch direkt an die Insulinpumpe. Die Insulinpumpe errechnet dann die für den aktuellen Blutzuckerspiegel erforderliche Insulinmenge. Indem die Pumpe die erforderliche Dosis berechnet, könnten Fehler vermieden werden, die manchmal auftreten, wenn Patienten diese Daten manuell eingeben, sagt er.

"Der Patient muss selbst entscheiden, ob die vorgeschlagene Menge richtig ist, und einen Knopf drücken, um die empfohlene Dosis abzugeben", sagt Joseph. "Es ist keine künstliche Bauchspeicheldrüse, da sie nicht voll automatisiert ist. Aber es ist ein großer Fortschritt an Komfort und hat das Potenzial, die Blutzuckerkontrolle im klinischen Umfeld zu verbessern."

Messung des Blutzuckerspiegels

Etwa zwei Dutzend Unternehmen und akademische Labors entwickeln Glukosesensoren, sagt Joseph. Bei einigen handelt es sich um Blutzuckersensoren, bei anderen um Glukosesensoren für Gewebeflüssigkeiten; einige werden vom Patienten unter die Haut gelegt, andere werden langfristig in den Körper implantiert.

Obwohl sich die Glukosesensoren in den letzten Jahren erheblich verbessert haben, sind sie immer noch der limitierende Faktor bei der Herstellung der künstlichen Bauchspeicheldrüse, sagt er.

Steve Lane, PhD, amtierender Programmleiter des Programms für medizinische Technologien am Lawrence Livermore National Laboratory des Energieministeriums, stimmt dem zu.

"Das Ziel der Produktion einer künstlichen Bauchspeicheldrüse wird mit ziemlicher Sicherheit erreicht werden", sagt Lane, dessen Abteilung in Zusammenarbeit mit MiniMed an einem Prototyp der künstlichen Bauchspeicheldrüse gearbeitet hat. "Aber es gibt noch Hindernisse zu überwinden, das größte ist die Glukosesensorik. Bis heute hat niemand eine narrensichere Methode zur Messung von Glukose entwickelt."

Die Animas Corp. entwickelt einen implantierbaren optischen Glukosesensor. In Tierversuchen und ersten Studien am Menschen hat das Gerät den Blutzuckerspiegel im Blut mit Hilfe von Infrarot-Optik genau gemessen.

"Ein Miniatursensorkopf wird um ein Blutgefäß herum platziert, und eine Lichtquelle wird durch das Blut auf einen Detektor fokussiert", sagt Joseph. "Die Absorption des Lichts bei bestimmten Infrarot-Wellenlängen bestimmt die Zuckerkonzentration im Blut."

Weiter in der Entwicklung sind die implantierbaren Kurzzeit- und Langzeit-Glukosesensoren von Medtronic MiniMed, die den Zuckergehalt in der Gewebeflüssigkeit oder im Blut kontinuierlich messen sollen.

Erste künstliche Bauchspeicheldrüse erprobt

In Frankreich leitet Renard die erste klinische Studie einer künstlichen Bauchspeicheldrüse - ein vollautomatisches System, das den Langzeit-Glukosesensor von Medtronic MiniMed mit einer implantierbaren Insulinpumpe kombiniert.

In einem kleinen chirurgischen Eingriff wird der implantierbare Sensor in eine zum Herzen führende Halsvene eingeführt. Der Sensor ist über ein elektrisches Kabel unter der Haut mit der implantierbaren Insulinpumpe verbunden: Wenn der Blutzuckerspiegel schwankt, teilt ein Signal der Pumpe mit, wie viel Insulin sie abgeben muss.

"Der Patient muss nichts tun", sagt Renard. "Es läuft alles automatisch. Selbst wenn man eine kohlenhydratreiche Mahlzeit zu sich nimmt, gibt der Sensor das entsprechende Signal, mehr Insulin abzugeben."

Renard sagt, dass die Daten der ersten fünf Patienten, die das Gerät mindestens sechs Monate lang verwendet haben, zeigen, dass der Sensor den Blutzucker in 95 % der Fälle genau gemessen hat, wenn man ihn mit den Werten vergleicht, die mit Fingersticks ermittelt wurden.

"Unser Ziel war es, eine Genauigkeit von 90 % zu erreichen, also ist dies sehr genau", sagt er.

Noch wichtiger ist, dass der Blutzuckerspiegel bei den Patienten, die die mit dem Sensor verbundene Pumpe benutzten, in mehr als 50 % der Zeit im Normalbereich blieb, verglichen mit etwa 25 % der Zeit bei den Patienten, die die Insulinabgabe der implantierbaren Pumpe anhand von Fingerabdruckwerten einstellten.

Auch das Risiko, dass der Blutzucker auf ein gefährlich niedriges Niveau absinkt (Hypoglykämie) - eine Möglichkeit, die immer dann besteht, wenn zusätzliches Insulin verabreicht wird - sank auf weniger als 5 %, so Renard.

Zu den nächsten Schritten gehöre es, den Sensor langlebiger zu machen, damit er nur alle zwei oder drei Jahre ausgetauscht werden muss. Während implantierbare Insulinpumpen durchschnittlich acht Jahre lang funktionieren, bevor sie ausgetauscht werden müssen, funktionieren die Sensoren nach durchschnittlich neun Monaten nicht mehr, sagt er.

Renard sieht darin jedoch eine leicht zu überwindende Hürde. "Wir werden einfach ein anderes Material verwenden und es stärker machen", sagt er.

Aber Joseph sagt, dass dies eine gewaltige Herausforderung darstellen könnte: "Viele Jahre der Forschung [zeigen], dass Sensoren aufgrund der rauen Umgebung des Körpers eher innerhalb von Monaten als von Jahren versagen."

Die mathematischen Programme, die berechnen, wie viel Insulin zu verschiedenen Tageszeiten abgegeben werden sollte, müssen ebenfalls noch verfeinert werden, sagt Renard. "Im Moment erlaubt die Insulinpumpe einem Diabetiker, etwa die Hälfte des Tages in einem normalen Blutzuckerspiegel zu verbringen, genau wie ein Nicht-Diabetiker. Aber das bedeutet, dass er die anderen 50 % nicht unter Kontrolle hat, was ein bisschen zu hoch ist."

Aber auch dieses Problem sei leicht zu lösen. "Das Hauptproblem besteht darin, einen genauen Sensor zu haben, und den haben wir jetzt. Innerhalb von zwei Jahren sollten wir einen haben, der länger und besser funktioniert, und danach wird er klinisch verfügbar sein."

Joseph stimmt dem zu. "Sie haben gezeigt, dass es möglich ist, den Glukosesensor mit der Insulinpumpe zu verbinden, die automatisch Insulin abgibt - und das ist eine künstliche Bauchspeicheldrüse.

"Ist es perfekt? Ganz sicher nicht. Aber wir sind auf dem Weg dorthin."