先进糖尿病治疗方案：人工胰腺系统的发展历程
先进糖尿病治疗方案：人工胰腺系统的发展历程
糖尿病是一种常见的慢性疾病，目前全球约有4.63亿人患有糖尿病。随着科技的发展，糖尿病的治疗方法也在不断进步。其中，人工胰腺系统被认为是目前最先进的糖尿病治疗方案之一。本文将为您详细介绍人工胰腺系统的发展历程及其未来发展方向。
糖尿病治疗技术的历史演进（从1921年~2023年）
在1921年以前，糖尿病的治疗多为饥饿疗法、拔罐、流血和气泡等，几乎为不治之症。
1921年，Frederick Banting和Charles Best首次成功提取胰岛素；1922年首次用于1型糖尿病治疗。
1963年，Dr. Arnold Kadish发明了世界首台胰岛素泵。它体积庞大，需要背在身上，尽管不实用，但为胰岛素泵技术奠定了基础。
1973年，Dean Kamen发明了第一台可穿戴便携式胰岛素泵。1976年，这款泵开始批量生产并上市，标志着连续皮下胰岛素输注（CSII）疗法的发展。
1974 年，Miles Laboratory Inc. (Elkhart, IN) 开发了第一台床边、计算机控制的闭环胰岛素泵——Biostator。这台设备可以连续监测血糖并每五分钟注射一次胰岛素，尽管体积大，但它是第一台具备连续血糖监测功能的胰岛素泵。
1979年，人工合成人类胰岛素诞生，仅3年就被FDA批准，为全世界数百万需要胰岛素的人提供了一种免疫原性较低的胰岛素形式。
2003年，首款结合连续血糖监测（CGM）功能的胰岛素泵MiniMed Paradigm 512被开发，开始实现血糖监测与胰岛素输注的自动化。
2005年，首款贴敷式胰岛素泵Omnipod在国外上市。
2006年，首款CGM支持的胰岛素泵MiniMed Paradigm REAL-Time在国外上市，2012年在中国上市。
2009年，首款具有低血糖阈值暂停功能的胰岛素泵MiniMed Paradigm Veo在国外上市。
2016年，首款混合闭环胰岛素输注系统Medtronic MiniMed 670G获得FDA批准，2017年美国上市，标志着自动化胰岛素输注的一个重大突破。
2018年，Tandem t slim X2推出Control-IQ技术，结合Dexcom G6 CGM，提供自动基础胰岛素调节和部分餐时胰岛素调节功能。
2019年，Omnipod DASH推出基于Bluetooth的系统，为未来混合闭环系统（Omnipod 5）奠定基础。
2020年，CamAPS FX在欧洲上市，结合了Dexcom CGM，适用于不同的胰岛素泵，包括Dana和Ypsomed。该系统提供了广泛的年龄许可，适合1岁及以上的儿童。
2021年，首款无管路混合闭环系统Omnipod 5获得FDA批准，结合Dexcom G6 CGM，适用于2岁及以上的儿童和成人。
2023年，Medtronic MiniMed 780G进一步优化基础胰岛素和餐时胰岛素的自动调节功能，改善了血糖控制精度和用户体验。
自胰岛素发现以来的 100 年来，糖尿病管理领域取得了重大技术进步。胰岛素泵于 20 世纪 70 年代首次在临床上可行，此后变得小型化且更加可靠。连续血糖监测系统 (CGMS) 现在是微创且更加准确。人们越来越需要将这两类设备与算法连接起来，以促进自动胰岛素输送，即闭环系统（人工胰腺）的搭建与开发。
闭环系统的组成和原理
国外商用和正在开发的混合闭环系统
(A)MiniMed 670G 配有 Guardian Link 3 传感器/发射器
(B)带有贴敷式泵的Omnipod Horizon
(C)Android 上托管的 CamAPS FX 算法
(D)串联 t:slim X2 泵与 Dexcom G6 传感器配对
(E)采用 Kaleido 贴敷式泵和 Dexcom G6 传感器的 Diabeloop DLBG1 算法
未来的闭环技术：从单激素混合闭环到全闭环
2005年，青少年糖尿病研究基金会 (JDRF)建立了人工胰腺项目，旨在促进闭环技术的研究、监管审批和最终采用。JDRF根据所涉及的自动化水平定义了六类人工胰腺系统。
当时，所有这些都处于不同的开发阶段，但没有一个可以商业化
近年来，闭环技术发展迅速，目前发展阶段为第二代·阶段4——「单激素混合闭环」，全天候闭环，但需手动注射餐时大剂量。
闭环系统选定研究的时间线 CLS = 闭环系统；HCLS = 混合闭环系统
未来，混合闭环系统预计会更加智能化，结合多种激素调节（如胰高血糖素和胰岛素）的全自动闭环系统正在研发中，即自动化所有胰岛素输送，无需用户输入进餐时间推注。
过去五到十年，有关闭环系统的研究和出版文献呈爆炸式增长，预计多种进一步的混合系统将在不久的将来商业化。
DIY闭环系统
值得一提的是，人工胰腺是一门高度跨学科，研发周期长的领域，涉及到自动控制理论、人工智能、临床医学、药代动力学等。而且人工胰腺涉及人工智能，包含大量的参数和复杂的算法，使得模型的决策过程难以直观被解释；加之AI在医疗领域的应用涉及众多伦理和法律问题。监管机构需要确保医疗设备的安全和有效性，以上这些问题需要在审批过程中得到妥善解决。因此，商业医疗设备开发进展和监管审批往往缓慢。
2013年，一群糖尿病患者及其家人因对这种延迟感到沮丧和失望，于是开始在网上合作，自己创建（DIY）开源的闭环软件。他们的行动被称为“#WeAreNotWaiting”，意在表达他们不愿再等待商业解决方案的态度。
2014年，最早的DIY闭环系统之一OpenAPS，由1型糖尿病患者Dana Lewis及其男友Scott Leibrand共同开发。
Dana Lewis
现代的DIY闭环系统，如OpenAPS、AndroidAPS和Loop，将商用胰岛素泵和 CGMS 连接到开源算法，该算法保存在智能手机应用程序或定制硬件中，分析来自传感器的葡萄糖数据并远程调整泵的胰岛素输送。
与商业混合闭环系统相比，DIY闭环系统具有更高的可定制性和低成本优势，且算法可以随时升级迭代并应用。截至2023年，全球范围内估计活跃使用DIY人工胰腺的人数超过1万例，并且这一数字仍在持续增加。
2021年，首部关于DIY人工胰腺的国际共识声明发表于《柳叶刀·糖尿病与内分泌学》，其安全有效性得到了世界各地专家团队的背书。
参考来源
1.https://mp.weixin.qq.com/s/tMO9R6MJhkH0sCSzrSjwvw
2.frontiersin.org
3.The Evolution of the Insulin Pump - Healthtian
4.The Evolution of Insulin Delivery Systems
5.Improved Glycemic Outcomes With Medtronic MiniMed Advanced Hybrid Closed-Loop System
6.Hybrid Closed Loop Technology - JDRF
7.diabetesjournals.org
8.中国胰岛素泵治疗指南（2021年版）