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बोस्टन विश्वविद्यालय के बायोमेडिकल इंजीनियर एडवर्ड दामियानो और उनके सहयोगियों, जिनमें वरिष्ठ शोध वैज्ञानिक फिरास अल-खतीब शामिल हैं, ने मेडिकल चुनौती से निपटने के लिए इसी तरह के तर्क का इस्तेमाल किया है: वास्तविक समय में टाइप 1 मधुमेह रोगियों में इंसुलिन और ग्लूकागन के स्तर को स्वचालित रूप से कैसे नियंत्रित किया जाए।
मैसाचुसेट्स जनरल हॉस्पिटल में एक समूह के साथ, एक बायोनिक अग्न्याशय नामक एक उपकरण के साथ टीम विकसित और परीक्षण कर रही है। हालांकि यह नाम आयरन मैन और सुपर-बॉट्स के विज़न को जोड़ सकता है, लेकिन वास्तविक उत्पाद आम साधनों का एक अनुकूलन है जो कई प्रकार के 1 मधुमेह रोगी पहले से ही उपयोग करते हैं।
वर्तमान में, मरीज बाहरी एबुलिन पंप पहनते हैं, अक्सर उनके एब्डोमेन पर। पोर्टेबल पंप अपने उपयोगकर्ताओं को उनकी बेलीज़ की त्वचा के नीचे डाली गई एक कैथेटर या प्लास्टिक ट्यूब के माध्यम से इंसुलिन की आपूर्ति करता है, लेकिन यह सुनिश्चित करने के लिए नियमित रूप से जांच की जानी चाहिए कि यह सही दरों पर ऐसा कर रहा है। साथ में, पंप, कैथेटर और एक स्टील या टेफ्लॉन सुई जो त्वचा के नीचे जाती है, जिसे "इन्फैटेबल सेट" कहा जाता है। मरीज लगातार ग्लूकोज सेंसर पर भी भरोसा करते हैं। छोटे सेंसर को इसके ट्रांसमीटर के साथ त्वचा के नीचे डाला जाता है, पंप की तरह, और बैंड-एड जैसे चिपकने के साथ जगह में आयोजित किया जाता है। यह ग्लूकोज दरों की निगरानी करता है और एक इलेक्ट्रिक सिग्नल का उपयोग करके इस जानकारी को बाहरी डिवाइस तक पहुंचाता है। अभी, मरीजों को सेंसर द्वारा प्रदान की जाने वाली जानकारी को मैन्युअल रूप से ट्रैक करना होगा।
बायोनिक अग्न्याशय इन दो टुकड़ों को जोड़ने के लिए एक नियंत्रण एल्गोरिथ्म का उपयोग करता है। यह निरंतर ग्लूकोज सेंसर और पंप के बीच एक सेतु का काम करता है, जिससे दोनों में से किसी पर भी जांच करने की निरंतर आवश्यकता होती है।
यह कैसे काम करता है: सेंसर एक व्यक्ति के रक्त शर्करा को कैप्चर करता है और उस डेटा को स्मार्टफोन में भेजता है। नियंत्रण एल्गोरिदम, जो स्मार्टफोन पर चलता है, यह उस डेटा का उपयोग करता है जो रोगी के इंसुलिन और ग्लूकागन की जरूरतों को निर्धारित करने के लिए प्राप्त किया गया है। स्मार्टफोन एक ब्लूटूथ सिग्नल का उपयोग करता है यह जानकारी रोगी को पहने हुए दो पंपों में भेजने के लिए, एक इंसुलिन के लिए और एक ग्लूकागन के लिए, जो तब प्रत्येक की आवश्यक मात्रा को नियंत्रित करता है।
ब्लूटूथ सिग्नल का उपयोग करते हुए, एक स्मार्टफोन दो पंपों के लिए संचार करता है, एक इंसुलिन के लिए और एक ग्लूकागन के लिए। (बायोनिक अग्न्याशय टीम) एल्गोरिथ्म
डिवाइस की रीढ़ नियंत्रण एल्गोरिदम डेमियानो है और उनकी टीम तैयार हो गई है। यह रोगियों के बारे में कुछ प्रमुख मापदंडों को जानने के लिए शुरू होता है - उनकी उम्र, उनका वजन और, सबसे महत्वपूर्ण बात, उनके रक्त शर्करा की संरचना और कैसे बदलता है। एक बार यह जानकारी होने के बाद, एल्गोरिथम एक सटीक सिफारिश करता है, हर पांच मिनट, 24 घंटे एक दिन में, कुल 288 निर्णायक दैनिक निर्णयों के लिए, कितना इंसुलिन या ग्लूकागन उनके पंप को एक मरीज के रक्तप्रवाह में छोड़ना चाहिए।
"हम एक दृष्टिकोण विकसित करने के बारे में उत्साहित हैं जो मधुमेह के बोझ को कम कर सकता है, " नैदानिक टीम के प्रमुख अन्वेषक स्टीवन रसेल कहते हैं।
हाइपरग्लाइसीमिया और हाइपोग्लाइसीमिया जैसी स्थितियों को रोकने के लिए, जब रक्त में शर्करा बहुत अधिक और ग्लूकागन कम होने पर मधुमेह रोगियों को इंसुलिन इंजेक्शन की आवश्यकता होती है। "डेड इन बेड" सिंड्रोम एक दुर्लभ लेकिन अचानक, रक्त शर्करा में घातक उतार-चढ़ाव है जो तब हो सकता है जब टाइप 1 मधुमेह वाले एक युवा व्यक्ति सो रहा हो। वर्तमान में, मधुमेह रोगियों को अपने रक्त शर्करा को लगातार और मैन्युअल रूप से मॉनिटर करना पड़ता है ताकि यह पता चल सके कि यह खतरनाक स्तर तक स्पाइक या ड्रॉप नहीं करता है। यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, सैन फ्रांसिस्को में मेडिसन क्लिनिक फॉर पीडियाट्रिक डायबिटीज के संस्थापक और निदेशक सालेह आदि के अनुसार, औसत मरीज रोजाना 4 से 10 बार अपने रक्त शर्करा की जांच करता है।
एक बायोनिक अग्न्याशय के साथ दैनिक जीवन
यह आज के रूप में खड़ा है, एक उपयोगकर्ता को एक तर्जनी को चुभाने और नाश्ते और रात के खाने से पहले ग्लूकोज के स्तर को संवाद करने के लिए रक्त की एक बूंद प्रदान करके दिन में दो बार बायोनिक अग्न्याशय को जांचना चाहिए। ये मान संदर्भ बिंदुओं के रूप में उपयोग किए जाते हैं। एक पहनने वाला भी भोजन की घोषणा कर सकता है, रक्त शर्करा में आगामी परिवर्तनों के उपकरण को आगे बढ़ा सकता है। दिन भर में, सिस्टम का लक्ष्य एक मरीज को अपने लक्ष्य ग्लूकोज स्तर के करीब पहुंचाना होगा। उपयोगकर्ताओं को अपने ग्लूकागन और इंसुलिन की आपूर्ति को अपने पंपों में जलाशयों को फिर से भरना प्रतिदिन करना होगा, हालांकि टीम को उम्मीद है कि यह कम बार हो जाएगा क्योंकि क्षेत्र में अधिक वैज्ञानिक प्रगति हुई है। अंतिम लक्ष्य एक बायोनिक अग्न्याशय विकसित करना है जो पूरी तरह से स्वायत्त रूप से चलने में सक्षम है।
"जैसा कि आप एक दैनिक timescale पर बदलना जारी रखते हैं, यह चीज़ आपके लिए प्रासंगिक प्रासंगिक timescale के साथ अनुकूलन करना जारी रखेगी" Damiano।
यह प्रणाली पहली में से एक है जो इंसुलिन और ग्लूकागन दोनों को प्रशासित करने में सक्षम है। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय, यूसी सांता बारबरा और वर्जीनिया विश्वविद्यालय द्वारा अन्य उपकरणों के साथ टीम के पिछले संस्करण केवल अस्थिर ग्लूकागन के समाधान के कारण इंसुलिन प्रदान करने में सक्षम थे।
एक व्यक्तिगत कारण
डेमियानो के 15 वर्षीय बेटे, डेविड को टाइप 1 मधुमेह है। एक शिशु के रूप में उनका निदान, जिसने इस उपकरण को बनाने के लिए दमियानो को प्रेरित किया।
"जब मेरा बेटा एक साल का था, तो मेरे साथ यह हुआ कि एक तरीका हो सकता है कि मैं उसकी देखभाल में सुधार करने में भूमिका निभा सकूं, " डैमियानो कहते हैं, जो शरीर में रक्त प्रवाह के गणितीय मॉडल पर काम कर रहे थे।
बायोनिक अग्न्याशय पर एल-खतीब के साथ उनका काम 2001 में शुरू हुआ था, एक समय जब यह आवश्यक तकनीक अभी भी विकास के अधीन थी। एक इंसुलिन पंप पहले से मौजूद था, लेकिन एक निरंतर ग्लूकोज सेंसर जो त्वचा के नीचे रक्त शर्करा के स्तर का पता लगा सकता था, बस उभर रहा था। डैमियानो ने उस टुकड़े पर ध्यान केंद्रित किया जिसे वह जानता था कि वह बदल सकता है। "मेरी प्रयोगशाला प्रणाली के स्मार्ट पर ले गई, " वे कहते हैं।
जबकि उनकी टीम डिवाइस के इस पहलू पर काम कर रही है, इस आविष्कार को काम करने के लिए आवश्यक सेंसर और अन्य तत्वों में समवर्ती प्रगति हुई है। डेक्सकॉम और मेडट्रोनिक सहित कंपनियों ने रिफाइंड सेंसर्स लगाए हैं जो लगातार ब्लड शुगर को ट्रैक करते हैं। येर सभरवाल और उनकी टीम जेरिस फार्मास्युटिकल्स ने समाधान में ग्लूकागन को स्थिर करने का एक तरीका विकसित किया है।
ज़ेरिस फ़ार्मास्युटिकल के मुख्य परिचालन अधिकारी सभरवाल कहते हैं, "केवल इंसुलिन के साथ एक कृत्रिम अग्न्याशय एक कार चलाने की कोशिश करने जैसा है, जहां आपके पास एक त्वरक और कोई ब्रेक नहीं है"। "हमने एक ग्लूकागन फॉर्मूलेशन विकसित किया है जो वास्तविक समाधान में मिश्रित होने की आवश्यकता वाले वर्तमान समाधान की तुलना में दो साल तक स्थिर हो सकता है।"
डिवाइस का परीक्षण
2004 में, बोस्टन विश्वविद्यालय में प्रोफेसर बनने के लिए इलिनोइस विश्वविद्यालय छोड़ने के बाद, डैमियानो ने डायबिटिक सूअरों में अपने नियंत्रण एल्गोरिदम का परीक्षण शुरू किया। उन्होंने अनुमान लगाया कि यह उनके रक्त शर्करा के स्तर को कितनी सही तरीके से ट्रैक कर सकता है और इंसुलिन या ग्लूकागन के सही खुराक की सिफारिश कर सकता है।
कुछ सकारात्मक परिणामों के बाद, डैमियानो ने रसेल से 2006 में मुलाकात की, और उन्होंने अपने पहले मानव अध्ययन के लिए एफडीए मंजूरी प्राप्त की। वे तब से क्लिनिकल परीक्षण कर रहे हैं, जिनमें कुछ ऐसे हैं जो घर पर वयस्कों और बच्चों के समर कैंप में डिवाइस का परीक्षण करते हैं।
पिछले साल बायोनिक अग्न्याशय का परीक्षण करने वाले शिविरार्थियों में से एक स्मार्टफोन है, जो एल्गोरिथ्म चलाता है। (बायोनिक अग्न्याशय टीम) टीम यह अध्ययन करने में सक्षम हो गई है कि परीक्षण प्रतिभागियों को "स्वयं" होने के लिए और नियमित दिनचर्या, खाद्य पदार्थ और अभ्यास का अनुभव करने के लिए डिवाइस कैसे कार्य करता है और एक सक्रिय जीवन शैली को अपनाता है। ऐसा करते समय, उन्होंने बायोनिक अग्न्याशय को पंप प्रणाली की तुलना में अधिक प्रभावी होने के लिए पाया है जो मैन्युअल रूप से संचालित होता है।
डैमियानो कहते हैं, "हम सूअरों के साथ एक लैपटॉप पर एल्गोरिथ्म चलाने के लिए सूअरों के साथ इसे चलाने के लिए मनुष्यों के साथ एक लैपटॉप पर चल रहे हैं, इसलिए लोग इसे अपने साथ ले जा सकते हैं, " डैमियानो कहते हैं।
मुख्य नैदानिक जांचकर्ता स्टीवन रसेल के साथ परीक्षण के दौरान बायोनिक अग्न्याशय का उपयोग करने वाले कैंपर्स। (आक्षेप) दामियानो और रसेल 2017 के माध्यम से चैपल हिल में मैसाचुसेट्स विश्वविद्यालय, मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय और उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय के साथ परीक्षण करेंगे। 2016 में एक अध्ययन रोगियों पर बायोनिक अग्न्याशय के उपयोग के प्रभाव को देखेगा साल।
"हमारे नैदानिक परीक्षणों में, सभी प्रकार के ग्लिच होते हैं, क्योंकि यह एक यांत्रिक उल्लंघन है, " डैमियानो कहता है, सेंसर के समय को समाप्त करने, खाली इंसुलिन कारतूस और विभिन्न भागों के बीच खराब कनेक्शन का हवाला देते हुए। इन मुद्दों को कम करने के लिए कुछ खराबी होने पर पहनने वाले को सचेत करने के लिए अलार्म, लेकिन टीम उन्हें रोकने के तरीकों की तलाश कर रही है।
अगला चरण: एक पूरी तरह से एकीकृत डिवाइस
डेमियानो एक पूरी तरह से एकीकृत डिवाइस के लिए प्रयास कर रहा है - एक एकल यूनिट एक बैटरी चालित जलसेक सेट में एक इंसुलिन पंप, ग्लूकागन पंप, सेंसर और रिसीवर के साथ एक iPhone 5 का आकार - 2018 में कॉलेज के लिए अपने बेटे की विदाई के लिए तैयार है।
“टाइप 1 डायबिटीज लोगों की एक अनोखी मात्रा है। मैं किसी अन्य बीमारी के बारे में नहीं सोच सकता, जहां हम मरीज को दवा सौंपते हैं और कहते हैं, 'आप तय करते हैं कि कितना लेना है, ' 'रसेल कहते हैं। "हमारे पास मधुमेह देखभाल के प्रतिमान को बदलने का अवसर है।"
"लोग आज अंधेरे में अपने रक्त शर्करा का प्रबंधन करते हैं, " डैमियानो कहते हैं।
टाइप 1 डायबिटीज वालों की मदद करना दमिआनो की पहली प्राथमिकता है, लेकिन उम्मीद है कि वे कहते हैं, उनकी टीम के काम से टाइप 2 डायबिटीज के रोगियों को फायदा होगा और बाद में अस्पताल की सेटिंग में इस्तेमाल होने वाले इंसुलिन ड्रिप की सटीकता में सुधार होगा।
जब पूरी तरह से काम करने वाला बायोनिक अग्न्याशय उपलब्ध होता है, तो टाइप 1 मधुमेह के रोगियों और इस स्थिति वाले बच्चों के माता-पिता को रक्त शर्करा के बारे में हर पल सोचना नहीं पड़ेगा।
आदि कहते हैं, "अगर पांच साल का बच्चा 100 गज की दौड़ लगाता है, तो आपको उसका इंसुलिन समायोजित करना पड़ सकता है।" "अगर हम यह सब दूर ले जा सकते हैं, तो हम सहजता बहाल कर सकते हैं।"
