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May 18, 2024

Eine selbstgebaute „bionische Bauchspeicheldrüse“ verändert die Diabetesversorgung – was kommt als nächstes?

Liam Drew ist ein freiberuflicher Autor mit Sitz in der Nähe von London, Großbritannien. Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen. Eine Person mit Typ-1-Diabetes demonstriert eine Smartphone-Anwendung, die

Liam Drew ist ein freiberuflicher Autor mit Sitz in der Nähe von London, Großbritannien.

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Eine Person mit Typ-1-Diabetes demonstriert eine Smartphone-Anwendung, die automatisch Insulin über eine Pumpe dosiert. Bildnachweis: Patrick Hertzog/AFP über Getty

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Vor zehn Jahren beschloss eine technikaffine Gruppe von Menschen mit Typ-1-Diabetes (T1D), einen DIY-Ansatz für ihre eigene Behandlung zu verfolgen. Sie wussten, dass eine ziemlich einfache Software ihr Leben viel einfacher machen könnte, aber kein Unternehmen entwickelte sie schnell genug.

Was diese Software versprach, war die Befreiung von der ständigen Messung und Kontrolle des Blutzuckerspiegels. Wenn bei Menschen ohne Typ-1-Diabetes der Glukosespiegel ansteigt, schütten Zellen in der Bauchspeicheldrüse Insulin aus, ein Hormon, das dem Gewebe hilft, diese Glukose aufzunehmen. Bei Typ-1-Diabetes werden diese Zellen vom Immunsystem abgetötet, so dass die Betroffenen ihren Blutzuckerspiegel durch die Einnahme von Insulin kontrollieren müssen.

„Es ist fast unmenschlich“, sagt Shane O'Donnell, ein medizinischer Soziologe am University College Dublin, der, wie alle in diesem Artikel zitierten, mit Typ-1-Diabetes lebt. „Man muss ständig an Diabetes denken, um zu überleben.“

Mitglieder der aufstrebenden DIY-Community nutzten die fortschrittlichste verfügbare Technologie: Insulinpumpen und tragbare Geräte, sogenannte Blutzuckermessgeräte. Aber sie mussten trotzdem die Daten des Monitors lesen, ihre Ernährung und Bewegung vorhersagen und dann die geeignete Insulindosis berechnen.

Was sie wollten, war Automatisierung – ein Algorithmus, der Glukosedaten analysiert und die Pumpe selbst programmiert. Um dieses Ziel zu erreichen, führte die Community 2013 einen Hashtag ein: #WeAreNotWaiting.

Dann, im Februar 2015, teilte Gruppenmitglied Dana Lewis den Code für einen Algorithmus, den sie und zwei Mitarbeiter entwickelt und getestet hatten.

„Bionische Bauchspeicheldrüse“ bändigt Blutzuckerspitzen bei Diabetes

„Wir hatten uns nichts Großes vorgenommen“, sagt Lewis, heute unabhängiger Forscher in Seattle, Washington. Doch bald teilten Menschen, die den Algorithmus heruntergeladen und verwendet hatten, ihre persönlichen Erfahrungen und gaben Feedback. Als Benutzer Optimierungen und mögliche Verbesserungen vorschlugen, versuchten andere diese und meldeten sich zurück.

Katarina Braune, Endokrinologin an der Charité – Universitätsmedizin Berlin, schätzt, dass mittlerweile rund 30.000 Menschen Open-Source-Technologie zur automatisierten Insulinabgabe (AID) nutzen. Einige verwenden das ursprüngliche OpenAPS-System von Lewis und Kollegen, für dessen Steuerung ein Minicomputer erforderlich ist, während andere entweder AndroidAPS (das aus Lewis' System hervorgegangen ist) oder Loop verwenden, bei denen es sich um Smartphone-Anwendungen handelt.

Die Bewegung ist weiter gereift. Nachdem wir uns jahrelang auf selbstberichtete Daten verlassen hatten, haben im vergangenen Jahr zwei randomisierte kontrollierte Studien1,2 die Sicherheit und Wirksamkeit von Open-Source-Systemen gezeigt. Und im Januar dieses Jahres erteilte die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) erstmals die behördliche Genehmigung für ein AID-System, das auf einem Open-Source-Algorithmus basiert.

Heutzutage ist die Technologielandschaft für T1D jedoch viel überfüllter. Das erste kommerzielle AID-System wurde 2017 eingeführt und derzeit verkaufen fünf Unternehmen solche Systeme mit mehr als 750.000 Benutzern.

Ist dies der Anfang vom Ende der Open-Source-Bewegung in der Diabetesversorgung? Einige Diabetologen denken so. Viele Befürworter lehnen diese Idee jedoch ab und sagen, dass die Community die Technologie immer noch in neue Richtungen treibt, die mehr Personalisierung und Automatisierung versprechen, als kommerzielle Versionen derzeit bieten.

Sufyan Hussain, Endokrinologe am King's College London, sagt, dass er der DIY-AID-Community zunächst skeptisch gegenüberstand. Doch als er etwa 2016 begann, sich damit zu beschäftigen, war er „schockiert darüber, wie ausgereift die Lösungen in Bezug auf Sicherheit und Verständnis waren“.

Im Jahr 2022 war Hussain Mitautor einer internationalen Konsenserklärung3 – unterzeichnet von mehr als 40 medizinischen und juristischen Experten und unterstützt von 9 Diabetes-Wohltätigkeitsorganisationen –, in der er Gesundheitsfachkräfte aufforderte, diejenigen zu unterstützen, die Open-Source-AID nutzen möchten.

Ergebnisse randomisierter Studien haben den Stellenwert der DIY-Technologie weiter erhöht. Eine in diesem Jahr veröffentlichte Studie1 ergab, dass ein Open-Source- und ein kommerzielles AID-System beide den Glukosespiegel ähnlich gut kontrollierten. Und eine Studie vom September 20222 zeigte die Wirksamkeit eines Algorithmus, der ein künstliches Bauchspeicheldrüsensystem auf Android-Smartphones betreibt. Durch die Rekrutierung von Teilnehmern, die mit der Technologie noch nicht vertraut waren, ging die Studie auf langjährige Kritik ein, dass Befürworter zuvor Daten von hochmotivierten, technisch versierten Mitgliedern ausgewählt hatten.

Trotz ihrer Zehntausenden von Benutzern, von denen sich viele entschieden haben, keine verfügbaren kommerziellen Systeme zu verwenden, bleiben DIY-Geräte für T1D eine relative Nische. O'Donnell sagt, dass eine einladende und unterstützende Community Menschen mit begrenzten technischen Kenntnissen bei der Einrichtung von Systemen unterstützt. Aber die meisten Menschen mit T1D – und die meisten Ärzte – haben diese Systeme noch nicht kennengelernt, sagt Aaron Kowalski, Präsident und Geschäftsführer von JDRF, einer gemeinnützigen Forschungsorganisation in New York City, die sich auf T1D konzentriert.

Ein Beispiel für eine frühe OpenAPS-Einrichtung aus dem Jahr 2016. Der Minicomputer, auf dem der Algorithmus läuft (links), ist mit dem Konstantglukosemonitor (rosa), einem Akku und einer Insulinpumpe (rechts) verbunden.Quelle: Jack Darrell

Die Zulassung des Open-Source-Systems Tidepool Loop durch die FDA könnte die Dinge ändern, sagt Kowalski. Der zugrunde liegende Algorithmus wurde 2016 von Menschen mit Typ-1-Diabetes entwickelt und zunächst in Online-Foren eingeführt, bevor eine Version davon von Tidepool, einer gemeinnützigen Organisation in Palo Alto, Kalifornien, die FDA-Zulassung erhielt.

Das Ziel von Tidepool, Loop durch die Regulierung zu bringen, besteht darin, „es einem breiteren Publikum zugänglicher zu machen“, sagt Sprecherin Saira Khan-Gallo. „Das Herunterladen von Code und das Erstellen einer App auf Ihrem Telefon ist nicht jedermanns Sache“, sagt sie. Aber „der Algorithmus, die neuartigen Funktionen und die Technologie sollten jedem Interessierten zugänglich sein“.

Tidepool und andere, die auf die Einführung von Open-Source-Algorithmen hoffen, stehen vor einer großen Herausforderung: Ihre Produkte stehen nicht für sich allein. Die Algorithmen erfordern Kompatibilität mit kontinuierlichen Glukosemessgeräten und -pumpen – hergestellt von anderen Unternehmen – und erfordern daher eine kooperative Beziehung zwischen den Herstellern. Tidepool hat noch nicht bekannt gegeben, mit welchem ​​Gerätehersteller es bei der Einführung von Loop zusammenarbeiten wird.

Die Interoperabilität zwischen verschiedenen Produkten und Algorithmen könnte einen Markt aufmischen, in dem einzelne Hersteller üblicherweise proprietäre, exklusive Software entwickelt haben. Dies könnte Auswirkungen haben, die über die T1D-Behandlung hinausgehen und sich auf jegliche computergestützte medizinische Hardware auswirken, die Softwareentwickler möglicherweise zu verbessern versuchen.

Kowalski verweist auf Beispiele aus anderen Branchen, beispielsweise der Luft- und Raumfahrt, in denen Unternehmen Motoren anderer Hersteller verwenden. „Sie schließen verschiedene Komponenten verschiedener Hersteller an, um die beste Leistung zu erzielen“, sagt er. „Menschen mit Diabetes sollten die Möglichkeit haben, die besten Hilfsmittel zu nutzen, die für sie am besten funktionieren.“

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Mehrere Gerätehersteller sagten gegenüber Nature jedoch, dass sie davor zurückschrecken, sich bei der Bereitstellung wichtiger Teile von AID-Systemen auf Dritte zu verlassen. Tandem, ein Pumpenhersteller in San Diego, Kalifornien, sagt beispielsweise, dass Telefonschäden oder Verbindungsprobleme ein Risiko für die Therapie darstellen könnten, wenn ein Algorithmus auf einer Smartphone-App und nicht auf der Pumpe selbst läuft. Und Medtronic, ein Medizintechnikunternehmen in Watford, Großbritannien, hat beschlossen, der Entwicklung eines eigenen Komplettsystems Vorrang vor interoperablen Komponenten zu geben.

Dennoch wird die behördliche Genehmigung von Tidepool hoffentlich den Weg für künftige eigenständige Algorithmen ebnen, die eine Genehmigung beantragen, sagt Khan-Gallo. Sie hofft, dass mehr Optionen Unternehmen dazu anregen, ihre Geräte kreuzkompatibel zu machen.

Und wohin Algorithmen geführt haben, könnte Open-Source-Hardware folgen, sagt O'Donnell. Ein Team der University of Otago in Neuseeland hat eine erfolgreiche frühe klinische Studie mit einer Open-Source-Insulinpumpe4 durchgeführt. Ziel ist es, qualifizierten Herstellern kostenlose Konstruktionspläne zur Verfügung zu stellen, mit denen sie Pumpen zu einem Bruchteil der Kosten aktueller kommerzieller Pumpen bauen können.

Auf die Frage, ob die Open-Source-Benutzergemeinschaft noch eine Rolle spielt, antwortet Kowalski: „Die DIY-Community wird immer da sein. Ich denke, sie sind das ultimative Testgelände dafür, was die Menschen wollen und brauchen.“

Hussain stimmt zu. Die gelebten Erfahrungen der Teilnehmer mit T1D generieren ständig Ideen für neue Funktionen, sagt er. Noch wichtiger ist jedoch, dass das Netzwerk aus Online-Foren und hochmotivierten Mitgliedern eine schnelle und leistungsstarke Möglichkeit zum Testen von Algorithmusfunktionen geschaffen hat.

Meilensteine ​​bei Diabetes

Problematische Aktualisierungen werden schnell ausgemerzt, und nützliche Innovationen verbreiten sich von selbst und finden in nur wenigen Monaten breite Anwendung. Derzeit sagt Hussain: „Die kommerziellen Systeme verfügen nicht über erweiterte Funktionen, die die Open-Source-Systeme ermöglichen.“

Einige dieser Merkmale führen dazu, dass bestimmte Open-Source-Systeme den Blutzucker nahezu völlig autonom regulieren. Obwohl kommerzielle Systeme Fortschritte machen, ist keines der Lösung dieses wichtigen Problems so nahe; Sie verwenden derzeit hybride Algorithmen, die die Insulindosierung größtenteils verwalten, erfordern jedoch viele manuelle Eingaben. Beispielsweise müssen Benutzer Mahlzeiten einprogrammieren, um sicherzustellen, dass die Geräte große korrigierende Insulindosen abgeben.

Im Gegensatz dazu erfordern viele Open-Source-Systeme keine Essensansagen und kommen einem vollständig geschlossenen Kreislauf nahe5.

Mehrere Fortschritte in der Technologie machten dies möglich, sagt Lewis. Die Apps können langfristige Veränderungen der Glukosekontrolle und der Insulinsensitivität analysieren, die beispielsweise auf hormonelle Veränderungen oder Krankheiten zurückzuführen sind. Dazu vergleichen sie rückwirkend den Glukosespiegel mit den Insulindosen über Tage oder Wochen, um die bevorstehende Dosierung entsprechend den Veränderungen der Insulinsensitivität anzupassen. Sie können auch mit Störungen des Blutzuckers umgehen, „ohne zu wissen, ob es sich um eine Mahlzeit, Adrenalin, Stress, Aufregung – was auch immer, es spielt keine Rolle“, sagt Lewis.

Ob Open-Source-Systeme besser sind als kommerzielle Systeme „ist eine große ‚Es kommt darauf an‘-Frage“, sagt Rayhan Lal, Endokrinologe an der Stanford University in Kalifornien und leitender medizinischer Berater von Tidepool, der sagt, dass er mehr als 3.000 Menschen damit begonnen hat Open-Source-AID-Systeme und nutzt selbst eines.

Was zählt, sagt Lal, ist, dass der Einzelne herausfinden kann, was für ihn am besten funktioniert, sei es hinsichtlich der Kontrolle, die er erlangt, oder der Anstrengung, die er unternehmen möchte. Manche Leute möchten vielleicht ihre Geräte anpassen; andere bevorzugen möglicherweise die Einfachheit einer Verpackung eines kommerziellen Herstellers.

Die DIY-Community und die Industrie seien kein Widerspruch, sagt Lewis. Sie freut sich, dass eine von ihr geschriebene und frei geteilte Sicherheitsfunktion in ein kommerzielles Gerät integriert wurde. Die Open-Source-Community werde relevant bleiben, sagt sie, solange sie den Benutzern Wahlmöglichkeiten bietet. „Bei der Vision, wohin ich gerne gehen würde – sei es kommerziell oder selbst – geht es wirklich, wirklich um die Person mit Diabetes und unsere Sicherheit und unsere Lebensqualität.“

Natur620, 940-941 (2023)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-02648-9

Wu, Z. et al. Diabetes 72 (Suppl. 1), 274-OR (2023).

Artikel Google Scholar

Burnside, MJ et al. N. engl. J. Med. 387, 869–881 (2022).

Artikel PubMed Google Scholar

Braune, K. et al. Lancet Diabetes Endocrinol. 10, 58–74 (2022).

Artikel PubMed Google Scholar

Payne, M. et al. J. Diabetes Sci. Technol. https://doi.org/10.1177/19322968221142316 (2022).

Artikel Google Scholar

Petruzelkova, L. et al. Diabetes-Technologie. Dort. 25, 315–323 (2023).

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