Intelligentes Gerät versorgt Menschen mit Typ-1-Diabetes automatisch mit Insulin
Typ-1-Diabetes macht 5-10 % aller Diabetesfälle aus und betrifft derzeit schätzungsweise 463 Millionen Menschen weltweit. Die Betroffenen sind dem Risiko einer Hypoglykämie ausgesetzt, die zu Unwohlsein, Schwindel oder sogar zu Koma und Tod führen kann. Langfristige Komplikationen von Hyperglykämie können zu Erblinden, Amputationen, Nierenversagen oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen. Die derzeitige Behandlung umfasst die tägliche Überwachung des Blutzuckerspiegels, um die geeignete Dosis des zum Ausgleich benötigten Insulins zu ermitteln, das mit einer Spritze oder Pumpe injiziert werden muss. Da diese Dosis in der Regel mehrmals täglich von den Betroffenen selbst berechnet werden muss, stellt dies eine Belastung für deren tägliches Leben dar. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts D2P wurde ein Gerät zur Insulinverabreichung entwickelt, das eine automatisierte und maßgeschneiderte Behandlung ermöglicht. „Obwohl der zugrunde liegende Algorithmus komplex ist, ist das Gerät einfach einzurichten und zu verwenden. Außerdem ist es interoperabel, sodass es mit verschiedenen Insulinpumpen kompatibel und für neue Geräte zukunftssicher ist“, sagt Erik Huneker, Geschäftsführer von Diabeloop, dem Träger des Projekts.
Das KI-gesteuerte System
Mit dem DBLG1-System des D2P-Projekts werden die Glukosewerte von einem kontinuierlichen Glukoseüberwachungssystem, das die betroffene Person trägt, gemessen und alle fünf Minuten über Bluetooth an ein spezielles Handgerät übertragen. Ein im Rahmen des Projekts entwickelter Algorithmus analysiert diese Daten – in Verbindung mit Daten über die Physiologie, die Anamnese und die Aktivitäten der betroffenen Person, wie etwa Mahlzeiten und sportliche Betätigung –, um die richtige Insulindosis zu ermitteln. Diese kollektiven Daten werden auf einer webbasierten Plattform namens YourLoops angezeigt, wobei die Software des Systems über Over-the-Air-Technologie aktualisiert wird. „Die kontinuierliche Optimierung des Systems beruht auf der ständigen Weiterentwicklung unseres Kernalgorithmus, der eine immer präzisere Anpassung an die betroffene Person ermöglicht“, erklärt Huneker. Die Lösung der künstlichen Intelligenz umfasst verschiedene Entscheidungsmodule. Das Modul „Sicherheit zuerst“ erkennt das Risiko einer Hypoglykämie (das wesentliche kurzfristige Risiko). Wird dieses Risiko erkannt, so wird die Insulinabgabe gestoppt, und bei Fortbestehen des Risikos wird eine Warnung ausgelöst. Wird kein Risiko festgestellt, aktiviert das System das „physiologische“ Modul – einen fortschrittlichen Algorithmus zur Analyse der Patientendaten der vorangegangenen 48 Stunden, um eine personalisierte Reaktion des Systems zu ermöglichen. Das „Experten“-Modul modelliert Entscheidungen, die normalerweise von einer Person mit diabetologischer Expertise getroffen werden, und übernimmt das physiologische Modul in Situationen, die schwieriger routinemäßig zu analysieren sind. Das „selbstlernende“ Modul schließlich analysiert mehrere Wochen lang Patientendaten, um das System durch schrittweise Aktualisierung der physiologischen Parameter weiter zu individualisieren. Nach der ärztlichen Verschreibung wird das Gerät entweder in einem Krankenhaus oder von einer Diabetes-Pflegekraft angepasst. Um das System in der Praxis einzuführen, kann das Projektteam entweder Gesundheitsdienstleister schulen oder Schulungspakete für Lehrkräfte anbieten.
Wandel im Gesundheitswesen
Die Ergebnisse einer französischen Studie, an der 25 Patientinnen und Patienten über einen Zeitraum von sechs Monaten teilgenommen haben, wurden bereits veröffentlicht und zeigen, dass das System die Blutzuckerkontrolle in realen Situationen ohne gravierende Nebenwirkungen deutlich verbessert. Zur Zeit hat Diabeloop Entwicklungs- und Handelsvereinbarungen mit Partnern wie ViCentra in den Niederlanden, Roche Diabetes Care in der Schweiz und Terumo Corporation in Japan unterzeichnet. Das System ist gegenwärtig in der Schweiz, in Deutschland, Spanien, Italien und den Niederlanden erhältlich; die Einführung in Frankreich und anderen europäischen Ländern wird in Kürze erwartet. „Trotz COVID-19 ist es uns gelungen, unsere Markteinführungspläne einzuhalten, da das System international, insbesondere in Deutschland, gut angenommen wird“, fügt Marc Julien, stellvertretender Geschäftsführer von Diabeloop, hinzu. Das Team wird die Automatisierung, Personalisierung und Interoperabilität des Systems weiter verbessern und hat mit anonymisierten Daten einen Simulator entwickelt, um virtuelle klinische Studien durchzuführen, bevor das System an echten Patientinnen und Patienten getestet wird.
Schlüsselbegriffe
D2P, Typ-1-Diabetes, Insulin, Glukose, Hyperglykämie, Hypoglykämie, Algorithmus, Blut
