人工膵臓の登場

人工膵臓は、糖尿病治療に革命をもたらす可能性があり、それはほんの数年先のことかもしれない。

人工膵臓が登場

人工膵臓は糖尿病の治療に革命をもたらす可能性があり、それはほんの数年先のことかもしれません。

医師アーカイブスより

世界中の何百万人もの糖尿病患者にとって、人生は指の棒、注射、そして血糖値の急上昇と急降下の連続です。しかし、人の血糖値を自動的に調整することが期待される人工膵臓は、そのすべてを変えてしまうかもしれません。

「人工膵臓は、糖尿病の治療に革命をもたらすでしょう」と、フランスのモンペリエ医科大学の内分泌学、糖尿病、代謝学の教授であるEric Renard医師、PhDは言う。「糖尿病の合併症（失明、腎不全、切断、心臓病、死亡など）を防ぐことができるのです。この装置の最初の臨床試験を主導しているレナールは、次のように述べています。「また、人々は常に針を刺して監視する必要がなくなるので、生活の質も飛躍的に向上するでしょう。

人工膵臓は、1型糖尿病患者が血糖値を正常範囲内に維持できるように設計されており、糖尿病の合併症を予防するために重要であると彼は説明しています。

フィラデルフィアにあるトーマス・ジェファーソン大学の人工膵臓センター長であるJeffrey I. Joseph医師は、「この人工膵臓には3つの部品があり、それらがすべて完全に調和して機能する必要がある」と述べている。センサーが情報をポンプに伝え、ポンプが適切な量のインスリンを投与する。

完全に自動化され、統合された装置が完成するのは、少なくとも4年後、もしかしたらもっと先かもしれません。しかし、「一歩ずつ近づいている」とジョセフは言う。世界中の研究者が、このシステムのさまざまな構成要素を単独で、あるいは組み合わせてテストしているのだ。

一歩進んだインスリンポンプ

最も開発が進んでいるのは、ベルトに装着したり、体内に完全に埋め込んだりするインスリンポンプです。外付けポンプはすでに世界中で何千人もの糖尿病患者に使用されており、埋め込み型ポンプはヨーロッパで承認され、アメリカでは臨床試験が行われています。 どちらも人工膵臓に使用することが可能です。

埋め込み型ポンプの開発は大きな前進で、毎日何度もインスリンを注射するよりも、血糖値のコントロールや生活の質の向上に大きなメリットがあることが研究で明らかになったと、レナードは言います。

カリフォルニア州ノースリッジのメドトロニック・ミニメッド社製のこのホッケーパックサイズのデバイスは、腹部の皮膚の下に埋め込まれ、そこから「本物の膵臓と同じように」インスリンを体内に送り出すという。

10年以上糖尿病を患っている41歳のカリフォルニア州民、Lori Hahnさんは、埋め込み型ポンプが彼女の人生を変えたと言います。米国での臨床試験に参加しているハーンさんは、「ポンプを使う前の私の人生は、血糖値の面でも精神面でもジェットコースターのようでした」と言います。と、米国の臨床試験に参加しているハーンさんは言います。「コントロールが効かないように感じ、血糖値のコントロールに多くの時間を割かなければなりませんでした。

「植込み型ポンプを使えば、自分が糖尿病であることを忘れることができます」と、働く妻であり、活発な3人の若者の母であるハーンは言います。

特別に処方されたインスリンを使用するポンプは、2～3ヶ月ごとに補充されます。膵臓と同じように、1日中、短時間でインスリンを供給します。また、食事時には、より多くのインスリンを投与するようプログラムされています。食事やおやつの前に、ポケットベルサイズの個人用ポンプ通信機のボタンを押すと、ポンプがインスリンを1回分投与するよう指示します。

スマートシステムで大きな成果

その他の研究では、グルコースセンサーと外付けのインスリンポンプとの間の通信を改善することに重点を置いています。ジョセフによると、この夏、2つのシステムがワイヤレス接続で通信できる最初のスマートシステムの1つがFDAに承認され、大きなマイルストーンが達成されたそうです。

このようなシステムは、インスリン投与から多くの推測を取り除くことができると、彼は言います。

従来、患者は血糖値を測定するために指を刺して血液をストリップに載せ、何グラムの炭水化物を食べる予定かを推定し、必要なインスリンの量を精神的に計算しなければなりませんでした。そのため、計算を誤ると血糖値が高くなったり低くなったりしてしまうという問題がありました。

新たに承認されたパラダイムシステムは、メドトロニック社のインスリンポンプ「ミニメド」とベクトン・ディッキンソン社のグルコースモニターを組み合わせたもので、患者は血糖値を測定するために指を刺すことに変わりはない。しかし、ポケットベルサイズのグルコースモニターは、その情報を直接インスリンポンプに送信する。インスリンポンプは、現在の血糖値に対して必要なインスリンの量を計算する。ポンプが必要量を計算することで、患者がこのデータを手動で入力する際に時々起こるエラーを防ぐことができる、と彼は言う。

「提案された量が正しいかどうかを判断し、ボタンを押すのは患者さん次第です。「完全な自動化ではないので、人工膵臓とは言えません。しかし、利便性を大きく向上させ、臨床現場での血糖コントロールを改善する可能性を秘めています。"とジョセフは述べています。

血糖値の測定

約2ダースの企業や学術研究所がグルコースセンサーを開発していると、ジョセフは言う。血糖値センサーもあれば、組織液の糖度センサーもある。患者が皮膚の下に装着するものもあれば、体内に長期的に埋め込むものもある。

グルコースセンサーはここ数年で大きく進歩したが、それでも人工膵臓を作る上での限界点であるという。

エネルギー省ローレンス・リバモア国立研究所の医療技術プログラムのプログラムリーダー代理であるスティーブ・レーン博士も、これに同意しています。

「人工膵臓の製造という目標は、ほぼ間違いなく達成されるでしょう」と、レーン博士の所属する部門は、ミニメド社と共同で人工膵臓のプロトタイプを開発しました。「しかし、乗り越えなければならない壁がある。その大きな壁がグルコースセンシングである。現在までのところ、誰もグルコースを感知する確実な方法を開発していません。"

アニマス・コーポレーションは、埋め込み型の光学式グルコースセンサーを開発しています。動物実験とヒトの予備実験では、このデバイスは赤外線光学系を使って血液中の血糖値を正確に測定した。

「小型のセンサーヘッドを血管の周囲に設置し、光源を血液を通して検出器に集光します」とジョセフは言います。"特定の赤外線波長での光の吸収が、血液中の糖の濃度を決定するのです。"

さらに、組織液や血液中の糖濃度を継続的に測定するメドトロニック・ミニメッドの短期・長期埋め込み型グルコースセンサーが開発されています。

初の人工膵臓の試験実施

フランスでは、メドトロニック社の長期グルコースセンサーと植え込み型インスリンポンプを組み合わせた完全自動化システムである人工膵臓の最初の臨床試験をレナード社が主導しています。

を心臓につながる首の静脈に挿入する。センサーは、皮下の電気式ワイヤーでインスリンポンプに接続されます。血糖値が変動すると、信号がポンプにインスリンをどれだけ投与すべきかを伝えます。

「患者は何もしなくていいんです」とレナードは言います。「すべて自動で行われます。たとえ炭水化物の多い食事をしていても、センサーが適切な信号を出して、より多くのインスリンを供給してくれます」。

レナードによると、この装置を6ヶ月以上使用した最初の5人の患者のデータでは、センサーが指の棒で得た値と比較して、95％のケースでグルコースを正確に測定しているとのことです。

「私たちの目標は90％の精度を達成することでしたので、これは非常に正確です」と彼は言います。

さらに重要なのは、センサーに接続したポンプを使用している患者では、血糖値が正常範囲に50％以上維持されたのに対し、植込み型ポンプからのインスリン投与を調整するために指尺の値を使用している患者では、約25％であったことである。

また、低血糖として知られる血糖値の急降下、つまり余分なインスリンを投与するたびに起こりうる危険な低レベルのリスクは、5％未満に低下したとRenardは述べている。

次のステップは、センサーの耐久性を高め、2、3年ごとに交換するようにすることだと彼は言う。植え込み型インスリンポンプは平均8年で交換が必要になるが、センサーは平均9ヶ月で動かなくなるという。

とはいえ、レナールはこのハードルは簡単に乗り越えられると見ている。「別の素材を使って、より強くすればいいのです」と彼は言う。

しかし、ジョセフは、これが手強い課題になるかもしれないと言います。「長年の研究により、センサーは体内の過酷な環境のために、数年ではなく数ヶ月で故障する傾向があることが分かっています」。

また、1日のうちでどれだけの量のインスリンを投与すべきかを計算する数学的プログラムも改良する必要があると、レナード氏は言う。"今のところ、インスリンポンプによって、糖尿病患者は1日の約半分を非糖尿病患者と同じように、正常な血糖値で過ごすことができます。しかし、それは残りの50％をコントロールできていないことを意味し、少し高すぎるのです。"

しかし、繰り返しになりますが、これは簡単に解決できる問題だと彼は言います。"大きな問題は、正確なセンサーを持つことですが、私たちは今それを手にしています。2年以内に、より長く、より良く機能するものができるはずで、その後、臨床的に利用できるようになります。"

ジョセフも同意見です。「グルコースセンサーとインスリンポンプを連動させ、インスリンを自動的に投与することが可能であることを実証しています。

「完璧か？完璧ではありません。しかし、我々はそこに到達しつつあるのです。