Ein System, das den Blutzucker von Menschen mit Diabetes automatisch reguliert – die Forscher im DREAM-Projekt arbeiten daran, diesen Traum zu verwirklichen. Professor Olga Kordonouri berichtet über die Fortschritte.

Sorge vor Unterzuckerungen in der Nacht

Bei Claudia C. klingelt mitten in der Nacht der Wecker: Wie fast jede Nacht möchte sie den Blutzucker ihres 12-jährigen Sohnes Max messen. Max hat seit seinem zweiten Lebensjahr Typ-1 Diabetes und trägt seit gut acht Jahren eine Insulinpumpe. Er ist ein sehr sportlicher Junge, gerade an diesem Abend hatte er fast 2,5 Stunden Eishockey-Training. Obwohl er die Basalrate für drei Stunden reduziert und häufig seinen Blutzucker gemessen hat – genau, wie er es mit seinem Diabetesteam besprochen hatte – macht sich Claudia Sorgen um ihn.

Ihr ist aufgefallen, dass sich Max in letzter Zeit nicht so gut die niedrigen Blutzuckerwerte merkt wie vorher. Dies will sie das nächste Mal auch mit der Diabetologin besprechen. Claudia hat Angst, dass Max eventuell eine Unterzuckerung verschläft.

Traum: Gerät, das den Blutzucker automatisch reguliert

Mit der Angst, dass ihr Kind – besonders nachts – unbemerkt unterzuckert, steht Claudia C. nicht alleine da; vielen Eltern geht es ähnlich. Studien haben gezeigt, dass Eltern von Kindern mit Diabetes viel mehr Angst vor Unterzuckerungen haben als die Kinder selbst. Noch ausgeprägter ist diese Angst, wenn Eltern bei ihrem Kind bereits eine schwere Unterzuckerung mit Bewusstlosigkeit oder Krampfanfall erlebt haben.

Haben die Kinder hohe Blutzuckerwerte, wissen Eltern aber auch, dass dies ein ungünstiger Faktor für die Entwicklung von diabetesbedingten Spätfolgen an Augen, Nieren und Nerven ist. Schwanken die Werte sehr, so wachsen die Sorgen der Eltern. Schätzen Vater und Mutter das Risiko unterschiedlich ein, kommt es nicht selten sogar zu Streitigkeiten in der Familie.

Es ist daher seit mehr als 50 Jahren der Traum vieler Wissenschaftler, eine Maschine zu entwickeln, die den Blutzucker automatisch reguliert, so dass die Werte im erwünschten Bereich bleiben, ohne gefährliche Unter- oder Überzuckerungen. Eine solche Maschine wird künstliche Bauchspeicheldrüse (engl. artficial pancreas) genannt.

Wie alles begann …

Die erste experimentelle Maschine von 1964 verabreichte bei hohen Blutzuckerwerten Insulin, bei niedrigen Werten Glukagon über die Vene. 1976 wurde eine in Ulm entwickelte künstliche Bauchspeicheldrüse als Biostator kommerziell verfügbar. Beim Biostator misst ein Glukosesensor den Blutzucker im venösen Blut. Ein Mikrocomputer berechnet minütlich die erforderliche Insulinmenge.

Der Biostator wurde in Krankenhäusern und Forschungsinstituten eingesetzt, war aber für den täglichen Einsatz nicht geeignet. Erst mit der Entwicklung der neuen Insulinpumpengenerationen seit Mitte der 90-er Jahre des letzten Jahrhunderts einerseits sowie der Sensoren zur kontinuierlichen Glukosemessung (CGM) um die Jahrtausendwende andererseits konnte weiter an dem großen Traum gearbeitet werden.

Wie funktioniert die künstliche Bauchspeicheldrüse?

Heute besteht eine künstliche Bauchspeicheldrüse aus der Insulinpumpe, dem Sensor zur kontinuierlichen Glukosemessung im Unterhautfettgewebe, dem Blutzuckermessgerät zur Kalibrierung des Sensors sowie einem Computerprogramm, dem Algorithmus, der die Pumpe automatisch steuert. Alle Geräte können über Funkwellen miteinander kommunizieren. Daher sprechen wir auch von einem geschlossenen System (engl. closed loop).

Viele Wissenschaftler weltweit versuchen, zusammen mit der Industrie alle diese Komponenten so zu perfektionieren, dass ein optimales Closed loop-System entsteht. Dafür brauchen wir Sensoren, die den Zuckergehalt sehr zuverlässig messen sowie einen guten Tragekomfort und eine lange Tragedauer haben, Insulinpumpen, die mit den anderen Geräten kabellos kommunizieren, Insulin, das noch schneller wirkt als die bisher bekannten kurzwirksamen Insulin-analoga, aber auch Algorithmen, die die Pumpe sicher und effektiv automatisch steuern können.

Algorithmus soll Pumpe sicher und effektiv automatisch steuern

Wissenschaftlern aus der Arbeitsgruppe um Professor Moshe Philipp aus Israel ist es gelungen, gerade einen solchen Algorithmus zu entwickeln, der mit verschiedenen Pumpen und Sensorensystemen kommunizieren kann. Sie haben ihm den Namen MD (Medical Doctor)-Logic Artificial Pancreas (MDLAP) gegeben, weil er ähnlich wie ein Arzt “denkt”.

Mit Hilfe der Fuzzylogik haben die Experten die ärztlichen Regeln bei der Therapie des Diabetes so programmiert, dass die Pumpe zur Anpassung der durch den Sensor gemessenen Glukosewerte die Basalrate erhöht bzw. verringert und bei Bedarf auch von allein einen kleinen Bolus abgibt. Schafft der Algorithmus es nicht, eine Unterzuckerung zu behandeln, dann gibt das System Alarm und schaltet sich ab.

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Das DREAM-Konsortium

Bereits im Diabetes-Eltern-Journal 1/2012 hatten wir von den ersten DREAM-Versuchen zur künstlichen Bauchspeicheldrüse berichtet. Nachdem die israelische Arbeitsgruppe den MDLAP erfolgreich bei Jugendlichen und Erwachsenen mit Typ-1-Diabetes in Tel Aviv erprobt hatte, bildeten Forscher aus Ljubljana/Slovenien um Professor Battelino und aus Hannover/Deutschland um Professor Danne und Professor Kordonouri 2011 das DREAM-Konsortium (The diabetes wirless artificial pancreas consortium).

Ziel dieser engen Zusammenarbeit ist die Weiterentwicklung des automatischen MDLAP Closed loop-Systems, so dass es von Patienten mit Typ-1-Diabetes zur Steuerung der Blutzuckerwerte über Nacht routinemäßig zu Hause eingesetzt werden kann.

Nach ausführlicher Datenauswertung und Begutachtung durch externe Gutachter sind jetzt die Ergebnisse in wissenschaftlichen Zeitschriften erschienen, und die weitere Strategie wird gemeinsam mit den Aufsichtsbehörden für Medizinprodukteentwicklung (in Deutschland: BfArM) diskutiert.

„Closed loop“: In Klinik bereits erfolgreich angewendet

Grundlage für den Einsatz des Systems außerhalb des Krankenhauses waren Forschungsprojekte in Tel Aviv, Llubljana und Hannover, bei denen junge Patienten mit Diabetes das MDLAP-System über Nacht im Krankenhaus angewandt haben. Dadurch konnte eindeutig gezeigt werden, dass der Closed loop viel besser als die herkömmliche, sensorunterstützte Pumpentherapie einer Unterzuckerung vorbeugen konnte und dass die Patienten damit nachts signifikant länger in einem guten Blutzuckerbereich zwischen 70 und 140 mg/dl (3,9 und 7,8 mmol/l) lagen.

Das DREAM-Diabetes-Camp

Nach den guten Krankenhaus-Ergebnissen erprobte das DREAM-Konsortium erstmalig weltweit ein automatisches Closed loop-System außerhalb der standardisierten Krankenhausbedingungen. Dafür organisierten die Wissenschaftler ein Freizeitcamp für Jugendliche mit Typ-1-Diabetes (siehe DEJ 1/2012).

Sie wollten insbesondere herausfinden, ob das MDLAP-System in der Lage ist, Unterzuckerungen in der Nacht signifikant zu reduzieren und dabei den Patienten zu helfen, über einen längeren Zeitraum bessere Werte zu haben als mit der herkömmlichen sensorunterstützten Pumpentherapie. Gerade nach intensiver sportlicher Aktivität während des Tages ist das Risiko für nächtliche Hypoglykämien am höchsten.

54 junge Patienten (10 bis 18 Jahre alt, durchschnittliche Diabetesdauer: sieben Jahre), nahmen an dem zweitägigen Freizeitcamp teil, jeweils 18 in jedem Forschungszentrum. Tagsüber hatten die Teilnehmer mehrere gemeinsame Aktivitäten, verbrachten mindestens 45 bis 60 Minuten im Swimmingpool und kontrollierten ihren Diabetes wie üblich jeden Tag zu Hause.

Nachts war keine Korrektur nötig

Nach dem Abendbrot übernahm in der einen Nacht das automatische MDLAP-System die Kontrolle, in der anderen führten die Patienten ihre übliche Therapie durch. Während die Studienteilnehmer in ihren Zimmern schliefen, wurden die Systeme von der Kommandozentrale überwacht.

Wurden technische Probleme gemeldet (z. B. Verlust des Signals oder der Kommunikation zwischen Pumpe, Sensor und/oder Laptop am Nachttisch), überprüfte das Studienpersonal die Situation und stellte die Kommunikation der Geräte wieder her. Eine Intervention, um die Therapieentscheidungen des MDLAP-Systems zu korrigieren, war jedoch nie notwendig.

Nachts war keine Korrektur nötig

Die Ergebnisse der DREAM-Diabetes-Camp-Studie waren überdurchschnittlich positiv: Mit dem MDLAP-System hatten die Patienten nachts signifikant weniger Unterzuckerungen und waren wesentlich kürzere Zeit im niedrigen Blutzuckerbereich (unter 70 mg/dl (3,9 mmol/l)oder unter 63 mg/dl (3,5 mmol/l)) als in den Nächten mit normaler Pumpentherapie mit Sensor.

Mit Hilfe des MDLAP-Systems schafften sie es, zusätzlich signifikant länger im gewünschten Bereich zu bleiben und wachten mit besseren Werten auf. Wer lange mit Diabetes zu tun hat, weiß, dass ein guter Tagesanfang die halbe Miete für einen guten Blutzuckerverlauf ist.

Es müssen noch viele Steine aus dem Weg geräumt werden

Die guten Ergebnisse der DREAM-Diabetes-Camp-Studie wurden im Februarheft der renommiertesten medizinischen Zeitschrift New England Journal of Medicine veröffentlicht und erregten viel Aufmerksamkeit in wissenschaftlichen Kreisen. Die Forscher des DREAM-Konsortiums wissen, dass auf dem Weg zu ihrem Traum, ein patiententaugliches Closed loop-System zu entwickeln, noch viele Steine aus dem Weg geräumt werden müssen.

Die sehr gute Erfahrung in der Camp-Studie hat sie aber beflügelt, weiterzumachen und erstmals die kurzfristige Anwendung des Systems bei Patienten zu Hause zu planen. Nur so kann man davon träumen, nicht nur Kindern mit Diabetes in absehbarer Zukunft eine zuverlässige Hilfe zu ermöglichen, sondern auch Tausenden von Müttern und Vätern einen ruhigen Schlaf.

von Professor Dr. Olga Kordonouri
Kinderdiabetologin, Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin „Auf der Bult“, Hannover

Kontakt:
E-Mail: kordonouri@hka.de

Erschienen in: Diabetes-Eltern-Journal, 2013; 6 (2) Seite 8-10