Aujourd'hui, les algorithmes rencontrent partout les besoins d'une personne et adaptent les expériences en conséquence. Les services de musique personnalisent les playlists. Les détaillants offrent des recommandations de produits spécifiques. Les plateformes de médias sociaux calculent en permanence le meilleur contenu à afficher, en temps réel.
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L'ingénieur biomédical de l'Université de Boston, Edward Damiano, et ses collègues, y compris Firas El-Khatib, chercheur principal, ont utilisé une logique similaire pour relever un défi médical: comment réguler automatiquement les niveaux d'insuline et de glucagon chez les patients atteints de diabète de type 1, en temps réel.
L'équipe développe et teste, avec un groupe du Massachusetts General Hospital, un dispositif appelé pancréas bionique. Bien que le nom puisse évoquer Iron Man et les super-bots, le produit actuel est une adaptation des outils courants déjà utilisés par de nombreux patients atteints de diabète de type 1.
Actuellement, les patients portent des pompes à insuline externes, souvent sur leur abdomen. La pompe portable fournit de l'insuline à ses utilisateurs par l'intermédiaire d'un cathéter ou d'un tube en plastique inséré sous la peau de leur ventre, mais elle doit être vérifiée régulièrement pour s'assurer que tout se passe bien. Ensemble, la pompe, le cathéter et une aiguille en acier ou en téflon insérée sous la peau constituent ce qu’on appelle un «dispositif de perfusion». Les patients dépendent également de capteurs de glucose continus. Le capteur minuscule est inséré sous la peau avec son émetteur, un peu comme la pompe, et maintenu en place avec un adhésif de type Band-Aid. Il surveille les taux de glucose et transmet ces informations à un appareil externe à l'aide d'un signal électrique. À l'heure actuelle, les patients doivent également suivre manuellement les informations fournies par le capteur.
Le pancréas bionique utilise un algorithme de contrôle pour relier ces deux éléments. Il agit comme un pont entre le capteur de glucose en continu et la pompe, éliminant ainsi le besoin constant de contrôler l'un ou l'autre.
Comment cela fonctionne: le capteur capte la glycémie d'un individu et envoie ces données à un smartphone. L'algorithme de contrôle, qui fonctionne sur le smartphone, utilise les données qu'il vient de recevoir pour déterminer les besoins du patient en insuline et en glucagon. Le smartphone utilise un signal Bluetooth pour envoyer ces informations à deux pompes que porte le patient, une pour l'insuline et l'autre pour le glucagon, qui administrent ensuite les quantités nécessaires de chacune.
À l'aide d'un signal Bluetooth, un smartphone communique avec deux pompes, l'une pour l'insuline et l'autre pour le glucagon. (Équipe bionique du pancréas) L'algorithme
L’algorithme de contrôle que Damiano et son équipe ont mis au point est la colonne vertébrale de l’appareil. Il commence par connaître quelques paramètres clés concernant les patients, à savoir leur âge, leur poids et, surtout, la composition de leur glycémie et son évolution. Une fois qu'il dispose de ces informations, l'algorithme formule une recommandation précise toutes les cinq minutes, 24 heures sur 24, pour un total de 288 décisions quotidiennes déterminantes concernant la quantité d'insuline ou de glucagon que leurs pompes devraient libérer dans la circulation sanguine du patient.
«Nous sommes ravis de développer une approche pouvant réduire le fardeau du diabète», a déclaré Steven Russell, l'investigateur principal de l'équipe clinique.
Les diabétiques ont besoin d'injections d'insuline lorsque leur taux de sucre dans le sang est trop élevé et de glucagon lorsqu'il est trop bas pour prévenir des conditions telles que l'hyperglycémie et l'hypoglycémie. Le syndrome de "mort au lit" est une fluctuation mortelle rare mais soudaine et mortelle du taux de sucre dans le sang qui peut survenir pendant le sommeil d'une jeune personne atteinte de diabète de type 1. Actuellement, les patients diabétiques doivent surveiller systématiquement et manuellement leur glycémie pour s'assurer qu'elle ne monte pas en flèche et ne chute pas à des niveaux dangereux. Selon Saleh Adi, fondateur et directeur de la clinique Madison pour le diabète pédiatrique de l'Université de Californie à San Francisco, le patient moyen contrôle son taux de glycémie 4 à 10 fois par jour.
La vie quotidienne avec un pancréas bionique
Dans l'état actuel des choses, l'utilisateur doit étalonner le pancréas bionique deux fois par jour en se piquant l'index et en fournissant une goutte de sang pour communiquer les niveaux de glucose avant le petit déjeuner et le dîner. Ces valeurs sont utilisées comme points de référence. Le porteur peut également annoncer ses repas, en prévenant l'appareil des modifications à venir de la glycémie. Tout au long de la journée, le système visera à amener le patient le plus près possible de son taux de glucose cible. Les utilisateurs doivent remplacer quotidiennement leurs réserves en glucagon et en insuline en remplissant les réservoirs de leurs pompes. L'équipe espère toutefois que cela deviendra moins fréquent à mesure que de nouveaux progrès scientifiques seront réalisés sur le terrain. L'objectif final est de développer un pancréas bionique capable de fonctionner de manière totalement autonome.
«Si vous continuez de changer tous les jours, ce processus continuera de s’adapter avec vous à un moment qui convient», déclare Damiano.
Ce système est l'un des premiers à pouvoir administrer de l'insuline et du glucagon. Les versions précédentes de l’équipe ainsi que d’autres appareils de l’Université de Cambridge, de l’Université de Santa Barbara et de l’Université de Virginie n’ont pu fournir de l’insuline que grâce à l’instabilité du glucagon en solution.
Une cause personnelle
David, le fils de Damiano âgé de 15 ans, est atteint de diabète de type 1. C'est son diagnostic, en tant qu'enfant, qui a inspiré Damiano à créer cet appareil.
«Lorsque mon fils avait environ un an, je me suis dit qu'il pourrait peut-être jouer un rôle dans l'amélioration de ses soins», explique Damiano, qui travaillait à un modèle mathématique de la circulation sanguine dans le corps.
Son travail avec El-Khatib sur le pancréas bionique a débuté en 2001, à une époque où la technologie requise était encore en développement. Une pompe à insuline existait déjà, mais un capteur de glucose continu capable de détecter la glycémie sous la peau émergeait tout juste. Damiano s'est concentré sur la pièce qu'il savait pouvoir changer. «Mon labo a su maîtriser le système», dit-il.
Pendant que son équipe travaillait sur cet aspect du dispositif, des progrès simultanés ont été réalisés dans les capteurs et autres éléments nécessaires au bon fonctionnement de cette invention. Des sociétés telles que Dexcom et Medtronic ont mis au point des capteurs perfectionnés qui suivent en permanence la glycémie. Yash Sabharwal et son équipe de Xeris Pharmaceuticals ont mis au point un moyen de stabiliser le glucagon en solution.
«Un pancréas artificiel contenant uniquement de l'insuline revient à essayer de conduire une voiture sans accélérateur, sans accélérateur», déclare Sabharwal, directeur de l'exploitation chez Xeris Pharmaceuticals. «Nous avons développé une formulation de glucagon qui peut être stable pendant deux ans, par rapport à la solution actuelle qui doit être mélangée en temps réel.»
Test de l'appareil
En 2004, après avoir quitté l'Université de l'Illinois pour un poste de professeur à l'Université de Boston, Damiano a commencé à tester son algorithme de contrôle chez les porcs diabétiques. Il a évalué la précision avec laquelle il pouvait suivre leur glycémie et recommander les bons dosages d'insuline ou de glucagon.
Après des résultats positifs, Damiano a rencontré Russell en 2006 et, ensemble, ils ont obtenu l'autorisation de la FDA pour leur première étude sur l'homme. Ils effectuent depuis des essais cliniques, y compris certains qui testent le dispositif sur des adultes à la maison et des enfants au camp d'été.
L'un des campeurs qui a testé le pancréas bionique l'an dernier tient le smartphone, qui exécute l'algorithme. (Équipe bionique du pancréas) L’équipe a pu étudier le fonctionnement du dispositif et s’adapter à un mode de vie actif en permettant aux participants à l’essai d’être «eux-mêmes» et de vivre des routines, des aliments et des exercices réguliers. Ce faisant, ils ont constaté que le pancréas bionique était plus efficace qu'un système de pompe à commande manuelle.
«Nous sommes passés de l'algorithme sur un ordinateur portable avec des porcs à un ordinateur portable avec des humains pour le faire fonctionner sur un iPhone, afin que les gens puissent le transporter avec eux», explique Damiano.
Les campeurs utilisant le pancréas bionique au cours de l’un des essais, avec le chercheur clinique principal Steven Russell. (Diatribe) Damiano et Russell mèneront des essais avec l'Université du Massachusetts, le Massachusetts General Hospital, l'Université Stanford et l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill jusqu'en 2017. Une étude menée en 2016 examinera l'impact de l'utilisation d'un pancréas bionique sur des patients au cours d'une année.
«Dans nos essais cliniques, il y a toutes sortes de problèmes qui se produisent, parce que c'est un engin mécanique», explique Damiano, citant des capteurs en retard, des cartouches d'insuline vides et de mauvaises connexions entre les différentes parties. Des alarmes pour alerter le porteur en cas de dysfonctionnement afin d’atténuer ces problèmes, mais l’équipe cherche des moyens de les prévenir.
La prochaine étape: un périphérique entièrement intégré
Damiano s'efforce de disposer d'un dispositif entièrement intégré - une unité unique de la taille d'un iPhone 5 avec pompe à insuline, pompe à glucagon, capteur et récepteur dans un système de perfusion alimenté par batterie - prêt à temps pour le départ de son fils pour l'université en 2018.
«Le diabète de type 1 demande un nombre unique de personnes. Je ne peux penser à aucune autre maladie pour laquelle nous remettons le médicament au patient et lui disons: «Vous décidez combien vous devez en prendre», déclare Russell. "Nous avons l'opportunité de changer le paradigme de la prise en charge du diabète."
«Les gens gèrent leur glycémie dans le noir», dit Damiano.
Damiano a pour priorité absolue d'aider les personnes atteintes de diabète de type 1, mais il espère que le travail de son équipe profitera aux patients atteints de diabète de type 2 et, par la suite, améliorera la précision des perfusions d'insuline utilisées en milieu hospitalier.
Lorsqu'un pancréas bionique pleinement fonctionnel est disponible, les patients atteints de diabète de type 1 et les parents d'enfants atteints de cette maladie n'auront pas à penser à leur glycémie à la seconde.
«Si un enfant de cinq ans totalise 100 mètres, vous devrez peut-être ajuster son insuline», déclare Adi. "Si nous pouvons enlever tout cela, nous pouvons restaurer la spontanéité."
