Hoje, os algoritmos em todos os lugares conhecem as necessidades de uma pessoa e personalizam as experiências de acordo. Serviços de música adaptam listas de reprodução. Os varejistas oferecem recomendações específicas de produtos. As plataformas de mídia social calculam constantemente o melhor conteúdo a exibir em tempo real.
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O engenheiro biomédico Edward Damiano da Universidade de Boston e seus colegas, incluindo o pesquisador sênior Firas El-Khatib, usaram uma lógica semelhante para enfrentar um desafio médico: regular automaticamente os níveis de insulina e glucagon em pacientes com diabetes tipo 1 em tempo real.
A equipe está desenvolvendo e testando, com um grupo do Massachusetts General Hospital, um dispositivo chamado pâncreas biônico. Enquanto o nome pode evocar visões de Iron Man e super-bots, o produto real é uma adaptação de ferramentas comuns que muitos pacientes com diabetes tipo 1 já usam.
Atualmente, os pacientes usam bombas de insulina externas, muitas vezes no abdômen. A bomba portátil fornece insulina aos seus usuários através de um cateter ou tubo de plástico inserido sob a pele da barriga, mas deve ser verificado regularmente para se certificar de que está fazendo nas taxas corretas. Juntas, a bomba, o cateter e uma agulha de aço ou teflon que passa sob a pele formam o que é chamado de "conjunto de infusão". Os pacientes também contam com sensores de glicose contínuos. O pequeno sensor é inserido sob a pele junto com seu transmissor, muito parecido com a bomba, e mantido no lugar com um adesivo tipo Band-Aid. Ele monitora as taxas de glicose e transmite essas informações para um dispositivo externo usando um sinal elétrico. Neste momento, os pacientes também devem rastrear manualmente as informações fornecidas pelo sensor.
O pâncreas biônico usa um algoritmo de controle para conectar essas duas partes. Ele atua como uma ponte entre o sensor de glicose contínuo e a bomba, eliminando a necessidade constante de verificar qualquer um deles.
Como funciona: o sensor captura o açúcar no sangue de um indivíduo e envia esses dados para um smartphone. O algoritmo de controle, executado no smartphone, usa os dados que acaba de receber para determinar as necessidades de insulina e glucagon do paciente. O smartphone usa um sinal Bluetooth para enviar essas informações para duas bombas que o paciente está usando, uma para insulina e outra para glucagon, que administra as quantidades necessárias de cada uma.
Usando um sinal Bluetooth, um smartphone se comunica com duas bombas, uma para insulina e outra para glucagon. (Equipe do pâncreas biônico) O algoritmo
A espinha dorsal do dispositivo é o algoritmo de controle que Damiano e sua equipe conceberam. Começa por conhecer alguns parâmetros-chave sobre os pacientes - sua idade, peso e, mais importante, a composição do açúcar no sangue e como isso muda. Uma vez que tenha essa informação, o algoritmo faz uma recomendação precisa, a cada cinco minutos, 24 horas por dia, para um total de 288 decisões diárias cruciais sobre a quantidade de insulina ou glucagon que suas bombas devem liberar na corrente sangüínea do paciente.
"Estamos entusiasmados com o desenvolvimento de uma abordagem que possa reduzir a carga do diabetes", diz Steven Russell, investigador principal da equipe clínica.
Os diabéticos precisam de injeções de insulina quando o açúcar no sangue está muito alto e o glucagon quando está muito baixo, para evitar condições como hiperglicemia e hipoglicemia. A síndrome "Morto na cama" é uma flutuação rara, mas repentina e fatal no açúcar no sangue que pode ocorrer enquanto um jovem com Diabetes Tipo 1 dorme. Atualmente, os pacientes com diabetes têm que monitorar de forma consistente e manual o nível de açúcar no sangue para garantir que ele não aumente ou diminua para níveis perigosos. De acordo com Saleh Adi, fundador e diretor da Madison Clinic for Pediatric Diabetes da Universidade da Califórnia, San Francisco, o paciente médio verifica seu açúcar no sangue entre 4 e 10 vezes ao dia.
Vida cotidiana com um pâncreas biônico
Como está hoje, o usuário deve calibrar o pâncreas biônico duas vezes ao dia, picando o dedo indicador e fornecendo uma gota de sangue para comunicar os níveis de glicose antes do café da manhã e do jantar. Esses valores são usados como pontos de referência. Um usuário também pode anunciar refeições, avisando o dispositivo de mudanças futuras no nível de açúcar no sangue. Durante todo o dia, o sistema terá como objetivo levar o paciente o mais próximo possível do seu nível alvo de glicose. Os usuários devem substituir seus suprimentos de glucagon e insulina diariamente, reabastecendo os reservatórios em suas bombas, embora a equipe espere que isso se torne menos frequente à medida que mais avanços científicos são feitos no campo. O objetivo final é desenvolver um pâncreas biônico que seja capaz de funcionar de forma completamente autônoma.
"À medida que você continua mudando em uma escala de tempo diária, essa coisa continuará a se adaptar a você em uma escala de tempo relevante", diz Damiano.
Este sistema é um dos primeiros que conseguiu administrar insulina e glucagon. Versões anteriores da equipe, juntamente com outros dispositivos da Universidade de Cambridge, UC Santa Barbara e Universidade da Virgínia só foram capazes de fornecer insulina, devido à forma como o glucagon é instável em solução.
Uma causa pessoal
O filho de Damiano de 15 anos, David, tem diabetes tipo 1. Seu diagnóstico, quando criança, foi o que inspirou Damiano a criar esse dispositivo.
"Quando meu filho tinha cerca de um ano de idade, ocorreu-me que poderia haver uma maneira de desempenhar um papel na melhoria de seu tratamento", diz Damiano, que vinha trabalhando em um modelo matemático de fluxo sanguíneo no corpo.
Seu trabalho com El-Khatib no pâncreas biônico começou em 2001, época em que a tecnologia necessária ainda estava em desenvolvimento. Uma bomba de insulina já existia, mas um sensor contínuo de glicose que poderia detectar os níveis de açúcar no sangue sob a pele estava apenas emergindo. Damiano focou na peça que ele sabia que poderia mudar. "Meu laboratório assumiu a inteligência do sistema", diz ele.
Enquanto sua equipe tem trabalhado neste aspecto do dispositivo, tem havido avanços simultâneos nos sensores e outros elementos necessários para fazer esta invenção funcionar. Empresas como a Dexcom e a Medtronic têm sensores refinados que rastreiam continuamente o açúcar no sangue. Yash Sabharwal e sua equipe na Xeris Pharmaceuticals desenvolveram uma maneira de estabilizar o glucagon em solução.
"Um pâncreas artificial com insulina só é como tentar dirigir um carro onde você tem um acelerador e nenhum freio", diz Sabharwal, diretor de operações da Xeris Pharmaceuticals. "Desenvolvemos uma formulação de glucagon que pode ser estável por dois anos, em comparação com a solução atual que precisa ser misturada em tempo real."
Testando o dispositivo
Em 2004, depois que ele deixou a Universidade de Illinois para um cargo de professor na Universidade de Boston, Damiano começou a testar seu algoritmo de controle em porcos diabéticos. Ele avaliou com que precisão poderia monitorar seus níveis de açúcar no sangue e recomendar as doses certas de insulina ou glucagon.
Depois de alguns resultados positivos, Damiano conheceu Russell em 2006 e juntos obtiveram a aprovação do FDA para seu primeiro estudo em humanos. Eles vêm conduzindo testes clínicos desde então, incluindo alguns que testam o dispositivo em adultos em casa e em crianças no acampamento de verão.
Um dos campistas que testou o pâncreas biônico no ano passado segura o smartphone, que executa o algoritmo. (Equipe do pâncreas biônico) A equipe conseguiu estudar como o dispositivo funciona e se adapta a um estilo de vida ativo, permitindo que os participantes do teste sejam “eles mesmos” e vivenciem rotinas, alimentos e exercícios regulares. Ao fazer isso, eles descobriram que o pâncreas biônico é mais eficaz do que um sistema de bomba que é operado manualmente.
"Passamos de executar o algoritmo em um laptop com porcos para executá-lo em um laptop com seres humanos para executá-lo em um iPhone, para que as pessoas possam carregá-lo com eles", diz Damiano.
Campistas usando o pâncreas biônico durante um dos ensaios, com o principal investigador clínico Steven Russell. (Diatribe) Damiano e Russell conduzirão testes com a Universidade de Massachusetts, Hospital Geral de Massachusetts, Universidade de Stanford e Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill até 2017. Um estudo em 2016 analisará o impacto do uso de um pâncreas biônico em pacientes ao longo de um curso. ano.
"Em nossos testes clínicos, há todos os tipos de falhas que acontecem, porque é uma engenhoca mecânica", diz Damiano, citando sensores que esgotam o tempo, cartuchos de insulina vazios e conexões ruins entre as diferentes partes. Alarmes para alertar o usuário quando houver algum problema para atenuar esses problemas, mas a equipe está procurando maneiras de evitá-los.
O próximo passo: um dispositivo totalmente integrado
Damiano está se esforçando para ter um dispositivo totalmente integrado - uma única unidade do tamanho de um iPhone 5 com uma bomba de insulina, bomba de glucagon, sensor e receptor em um conjunto de infusão alimentado por bateria - pronta a tempo para a partida de seu filho para a faculdade em 2018.
“O diabetes tipo 1 pede uma quantidade única de pessoas. Não consigo pensar em nenhuma outra doença em que entregamos a droga ao paciente e dizemos: "Você decide quanto vai levar", diz Russell. "Temos a oportunidade de mudar o paradigma do tratamento do diabetes".
“As pessoas hoje administram o açúcar no sangue no escuro”, diz Damiano.
Ajudar as pessoas com diabetes tipo 1 é a primeira prioridade de Damiano, mas espera-se, diz ele, que o trabalho de sua equipe venha a beneficiar pacientes com diabetes tipo 2 e, posteriormente, melhore a precisão das pílulas de insulina usadas em hospitais.
Quando um pâncreas biônico totalmente funcional está disponível, pacientes com diabetes tipo 1 e pais de crianças com a doença não terão que pensar em açúcar no sangue a cada segundo.
"Se um menino de cinco anos corre 100 jardas, você pode ter que ajustar sua insulina", diz Adi. "Se pudermos tirar tudo isso, podemos restaurar a espontaneidade".
