Yapay Organ Çalışmalarında Yeni Adım:
Yapay Pankreas

Yapay pankreas, Tip-1 diyabet hastalarının hayatlarını kolaylaştırmak ve koşullarını iyileştirmek amacıyla geliştirilen bir sistemdir. Yapay pankreasın ne olduğuna, nasıl çalıştığına ve bununla ilgili çeşitli teknolojik gelişmelere dair bilgiler yazının devamında.

A- A+

14.02.2021 tarihli yazı 7019 kez okunmuştur.

Diyabet sorunu ile teknoloji aracılığıyla mücadele etmek amacıyla araştırmacılar çeşitli yöntemler geliştiriyor. Glikoz-insülin mekanizmasının matematiksel modellemesini, otomatik aşılama pompaları ile bu pompaları kontrol eden sistemleri ve glikoz seviyesinin takibi amacıyla kullanılan sensörleri bu teknoloji ve yöntemlere örnek verebiliriz. Kandaki glikoz seviyesinin takibi ve insülin enjeksiyonunun kontrolü ile ilgili yeni teknolojileri kullanarak sürekli glikoz ölçümü ve takibi yapmak mümkün hale gelmiş durumda. Böylece endüstriyel ve bilimsel topluluklar pankreas ile benzer işlevleri gerçekleştirebilecek “yapay pankreas” geliştirme konusundaki çalışmalarını hızlandırdı.

Yapay Pankreas Nedir?

Yapay pankreas, vücudumuzda bulunan pankreasın işlevini taklit etmesi amacıyla geliştirilen bir sistemdir. Kandaki glikoz seviyesini tıpkı gerçek pankreasın yaptığı gibi dengelemek üzere tasarlanmıştır. Glikoz seviyesini dengede tutmak beyin, böbrekler ve karaciğer gibi birçok organımızın sağlıklı bir şekilde çalışması için önemlidir. Dolayısıyla glikoz seviyesini dengede tutmak için yeterli insülin salgılayamayan Tip 1 hastaları için bu tür cihazlar hayati bir öneme sahiptir.

►İlginizi çekebilir: Yapay Zeka İlk Kez Yeni Bir Antibiyotik Keşfetti

Yapay pankreas sistemi 3 cihazdan oluşur. Bunlar; insülin pompası, sürekli glikoz takip sistemi (CGM) ve bunlar arasında gerçek zamanlı haberleşmeyi sağlayacak olan kontrol algoritmasıdır. Bu sistem kapalı-devre bir kontrol sağladığından işlemler hastanın müdahalesi olmadan otomatik bir şekilde yürütülür. Kandaki glikoz seviyesinin takip edilmesi ile birlikte insülin pompası, sensörlerden gelen verilere göre çalışan bir kapalı-devre kontrol sistemi yardımıyla kontrol edilerek hipoglisemi (şeker düşüklüğü) ve hiperglisemi (şeker yüksekliği ) yaşanmasının önüne geçer. Araştırmacılar 3 tip yapay pankreas sistemi üzerinde çalışıyor.

1)Kapalı-Devre Yapay Pankreas

Kapalı-devre yapay pankreas diğer adıyla kapalı-devre insülin sistemi, deri altına yerleştirilen sürekli glikoz takip cihazı (CGM) ve CGM ile kablosuz bir biçimde haberleşen bir insülin pompasından oluşur. CGM, kandaki şeker yoğunluğunu ölçer ve sonuçları kontrol algoritmaları barındıran bir mikrodenetleyiciye gönderir. Mikrodenetleyici vasıtasıyla doğru insülin seviyesi ayarlanarak insülin pompasının harekete geçmesi ve doğru dozajda insülinin vücüda enjekte edilmesi sağlanır.

2)Biyonik Pankreas

Biyonik pankreas Dr.Edward Damiano’nun Beta Bionics firması tarafından geliştiriliyor. Sistem insülin ve glukagon salgılayan iki pompadan meydana geliyor. Pompa, iPhone ile kablosuz bağlantı sağlayarak gerekli insülin ve glukagon dozunun ayarlanmasını da sağlayabiliyor.

3)Yapay Pankreas İmplantı

De Montfort Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen ve deri altına yerleştirilen bu yapay pankreas implantı, glikoz seviyesindeki değişimlere göre davranış gösteren bir jel içeriyor. Bu jel aracılığıyla glikoz yoğunluğu düştüğünde yüksek miktarda insülin enjekte ederken glikoz yoğunluğu düştüğünde düşük miktarda insülin ederek glikoz dengesinin sağlanmasına yardımcı oluyor.

Şekil 1: De Monfort Üniversitesinde Geliştirilen İmplant

►İlginizi çekebilir: Sanal Gerçekliğin Sağlık Sektöründe Kullanımı

Yapay Pankreas Nasıl Çalışır?

►CGM

CGM, deri altına yerleştirilen sensör vasıtasıyla okuduğu kan şekeri verilerini alarak glikoz seviyesinin sürekli olarak takip edilmesine yardımcı olur. Deri altına yerleştirilen sensör kandaki glikoz yoğunluğunu izlerken küçük bir verici bu verileri alıcıya iletir. Bu sayede CGM glikoz seviyesini takip etmek ile birlikte seviye değişiminin ne yönde olduğunu ve hızını da takip etmeyi mümkün hale getirir. CGM’den doğru tahminleri alabilmek adına cihazın kullanıcı tarafından belli aralıklarla kalibre edilmesi gerekir.

Şekil 2: Yapay Pankreas Modelinin Gösterimi

► Kontrol Algoritması

Mikrodenetleyiciye gömülü bir kontrol algoritması CGM’den gerekli verileri aldıktan sonra bunları matematiksel işlemlerden geçirerek insülin enjeksiyonunun kontrol edilmesini sağlar.

►İnsülin Pompası

Kontrol algoritması tarafından gönderilen direktiflere bağlı olarak doğru dozda insülinin deri altına enjekte edilmesini sağlar. Böylece insülin kana karışarak glikoz seviyesinin ayarlanmasını sağlamış olur.

► Hastalar

Hastalar yapay pankreas sisteminin merkezinde bulunur. Kandaki glikoz miktarı hastaların tükettiği gıdaya, yaptığı fiziksel aktivitenin şiddetine ve başka çeşitli etmenlere bağlı olarak sıklıkla değişir.

Nesnelerin İnterneti (IoT) ve Yapay Zeka Kullanımı

IoT tabanlı sistemler sağlık alanında olukça yaygın bir şekilde kullanıldığı gibi özellikle diyabet ile ilgili teknolojik çalışmalarda da yararlı oluyor. Çeşitli sistemler yardımıyla Android ya da IOS tabanlı cihazlar ile kan şekeri konsantrasyonu gibi konularda veri alışverişi yapılarak hastalığın kontrol altında tutulması ve zararlı etkilerinin en aza indirilmesi için çaba sarf ediliyor. Bunun yanında yapay zeka uygulamalarının da sağlık alanındaki kullanımı artıyor. Çeşitli yapay zeka teknikleri yardımıyla diyabet hastalığının kontrol edilmesi ve ortaya çıkarabileceği başka sorunların tespit edilmesine yönelik çalışmalar yapılıyor. Örneğin makine öğrenmesi kullanılarak oluşturulan gıda tanıma uygulamaları yardımıyla Tip-1 diyabet hastalarının sağlıklı ve doğru beslenmeleri sağlanyor. Derin öğrenme teknikleri kulanılarak daha kesin ve doğru kan şekeri ölçümleri yapılabiliyor.

Kaynak:

►electronicsforu.com