Künstliches Pankreas: (fast) automatisierte Diabetesbehandlung?

Interview mit Prof. Christoph Stettler, Klinikdirektor und Chefarzt, Universitätsklinik für Diabetologie, Endokrinologie, Ernährungsmedizin & Metabolismus (UDEM), Inselspital Bern

22.05.2016

Die Diabetes-Therapie ist für Patienten sehr aufwendig: Sie müssen regelmäßig ihren Blutzucker kontrollieren, Medikamente einnehmen und Insulin spritzen. Bei einem schlechten Selbstmanagement drohen ihnen gefährliche Entgleisungen des Blutzuckers. Aber auch externe Faktoren können dazu beitragen, dass der Zucker macht, was er will. Ein künstliches Pankreas könnte hier Abhilfe schaffen.

Foto: Lächelnder Mann mit Anzug und Krawatte - Prof. Christoph Stettler; Copyright: Tanja Laeser/Inselspital

Prof. Christoph Stettler; ©Tanja Laeser/Inselspital

Im Interview mit MEDICA.de erklärt Prof. Christoph Stettler, wie ein solches System funktioniert und wie ein cleverer Algorithmus den Blutzucker reguliert – und dabei sogar in die Zukunft schauen soll.

Herr Prof. Stettler, was versteht man unter einem künstlichen Pankreas?

Prof. Christoph Stettler: Das Pankreas reguliert im Körper unter anderem den Blutzucker, indem es die Hormone Insulin und Glukagon produziert. Beim Typ-1-Diabetes produziert es kein Insulin mehr, weil die Inselzellen zerstört sind. In der Folge steigt der Blutzucker. Wenn wir das Pankreas mit einem Gerät ersetzen wollen, müssen wir ein Organ nachbauen, dass extrem gut "konstruiert" ist, denn es schüttet nicht nur Hormone aus, sondern "misst" auch permanent den Blutzucker, um auf Veränderungen zu reagieren - egal, ob wir essen, uns bewegen oder schlafen. Es ist keine triviale Aufgabe, diese Funktion zu simulieren.

Beim künstlichen Pankreas handelt es sich um ein Gerät, das eigentlich aus drei Komponenten besteht: erstens einer Pumpe, die über einen subkutanen Katheter Insulin abgibt; zweitens einem Sensor, der kontinuierlich im Unterhautfettgewebe den Zucker misst; drittens einem Steuergerät mit einem Algorithmus, der die Informationen des Sensors interpretiert und die Pumpe so steuert, dass sie immer die passende Menge Insulin abgibt.

Wir wollen dazu eine neuartige Patch-Pumpe verwenden, die auf die Haut geklebt wird. Von dort geht ein kurzer Katheter direkt ins Unterhautfettgewebe. Die Pumpe ist technisch anspruchsvoll und verwendet eine ganz neue Art von Motor. Wir haben sie bereits in einer klinischen Studie getestet. Das Steuergerät könnte heute zum Beispiel ein Handy sein. Das Ganze bezeichnen wir dann als "geschlossenes System".

Foto: Viele Utensilien zur Selbstbehandlung von Diabetes; Copyright: panthermedia.net/miha.p.mail.com

Messen, Insulin spritzen, Aufzeichnungen führen, Kohlenhydrate schätzen und immer die Notfall-Spritze mit Glucagon dabei haben: So kompliziert ist die Therapie für viele Diabetiker. Ein künstliches Pankreas könnte hier helfen; ©panthermedia.net/ miha.p.mail.com

Welchen Diabetes-Patienten würde ein solches Gerät denn nützen? Es gibt ja mehrere Methoden, den Diabetes selbst zu behandeln.

Stettler: Per se können alle Diabetiker davon profitieren. Nicht nur Typ-1-Diabetiker, auch die Typ-2-Diabetiker, bei denen anfangs kein Insulin-Mangel vorliegt, können von Zuckersensoren und Insulinpumpen profitieren. Auch sie müssen früher oder später einerseits regelmäßig den Zucker messen und andererseits eine mehr oder weniger komplexe Therapie mit Tabletten und Insulingaben befolgen. Mit einem geschlossenen System wird die aufwendige Selbstbehandlung zumindest teilweise automatisiert.

Wo sind den bisherigen Pumpen Grenzen gesetzt?

Stettler: Heutige Pumpen sind rein ausführende Geräte. Sie werden von Anfang an so programmiert, dass sie über den Tag verteilt eine bestimmte Insulinmenge als Grundbedarf abgeben. Der Träger kann dann durch eine manuelle Eingabe zusätzliches Insulin abrufen, um eine Mahlzeit zu kompensieren. Damit regulieren viele Patienten ihren Blutzucker aber suboptimal. Ein clever programmierter Algorithmus könnte das besser machen.

Nachts kann eine Pumpe, die über einen Algorithmus mit einem Sensor verbunden ist, den Blutzucker bereits sehr viel besser steuern als wir es mit manuellen Eingaben könnten. Das haben Studien gezeigt. Der nächste Schritt ist es, diese Steuerung auch tagsüber umsetzen, wenn Patienten sich bewegen, wenn sie essen oder wenn sie Stress haben. Das hat alles Auswirkungen auf den Blutzucker und setzt den Pumpen Grenzen.

Aber auch die geschlossenen Systeme haben Grenzen: Die heutigen Sensoren sind zwar sehr akkurat, messen aber eigentlich am falschen Ort. Veränderungen im Blutzucker kommen immer mit einer Verzögerung von fünf bis 15 Minuten im subkutanen Gewebe an. Eigentlich müssten die Patienten schon vor der Mahlzeit Insulin geben, um den Blutzuckeranstieg zu vermeiden. Auch mit heutigen sehr schnell wirkenden Insulinen sind sie eigentlich zu spät, wenn sie nach dem Essen spritzen.

Foto: Frau macht Foto von Essen auf dem Teller; Copyright: panthermedia.net/Valery Vvoennyy

Viele Menschen fotografieren ihr Essen sowieso schon. Mit der App aus dem "GoCARB"-Projekt kann dieser Trend Diabetikern helfen, die Kohlenhydrate einer Mahlzeit abzuschätzen; ©panthermedia.net/ Valery Vvoennyy

Wie kann man dieses Problem lösen?

Stettler: Ich bin überzeugt, dass wir an Hybridsystemen arbeiten sollten. Das ist auch der Ansatz, den wir verfolgen. Das System selber braucht eine Grundeinstellung. Wenn etwas dazukommt, wie eine Mahlzeit, muss der Patient noch etwas eingeben, um genügend Insulin zu erhalten. Und dann sollte das System noch berücksichtigen, wie der Verlauf des Blutzuckers ist und wie viel Insulin noch im Körper aktiv ist, um diese Eingabe entsprechend in einem hybriden Modus entgegenzunehmen und umzusetzen.

Die Algorithmen, die die Komponenten des künstlichen Pankreas vernetzen, sind sehr komplex. Sie müssen die Verzögerung im Unterhautfettgewebe einbeziehen und so reagieren, als könnten sie in die Zukunft schauen, basierend auf den Werten aus der Vergangenheit.

Es ist also kein vollautomatisches System, ich muss dem Gerät noch weiterhin Daten liefern?

Stettler: Genau. Ganz wichtig ist dabei die Abschätzung der Kohlehydrate beim Essen. Patienten verschätzen sich da teilweise beträchtlich – um 30 bis 50 Prozent. Dafür haben wir hier im Projekt "GoCARB", das von der EU gefördert wurde, eine App entwickelt. Patienten können damit ihre Mahlzeit fotografieren. Die App erstellt daraus ein dreidimensionales Modell und berechnet, wie viele Kohlehydrate auf dem Teller sind. Das können Patienten dann als Input nutzen, um ihre Pumpe zu bedienen.

Wie sieht für das künstliche Pankreas der weitere Ablauf der Entwicklung aus?

Stettler: Wir arbeiten derzeit vor allem weiter am Algorithmus, damit er möglichst weit, vielleicht bis zu 30 Minuten, den Blutzuckerwert vorausberechnen kann, einen Trend erkennt und die Pumpe entsprechend rechtzeitig ansteuert.

Die ersten Versuche mit solchen Geräten finden immer "in silico" statt, also in einer Simulation. Dort nutzen wir künstliche Patienten, also große Datenbanken mit Daten von echten Menschen, um den Algorithmus zu testen. Der nächste Schritt ist dann, das System mit Patch-Pumpe und Algorithmus in standardisierten Situationen mit Menschen zu testen und so zu sehen, wie gut das System in alltäglichen Situationen arbeitet. Damit können wir jetzt beginnen.

Foto: Timo Roth; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview wurde geführt von Timo Roth.
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