Pankreas buatan dapat merevolusi pengobatan diabetes, dan mungkin hanya membutuhkan waktu beberapa tahun.
Bagi jutaan penderita diabetes di seluruh dunia, kehidupan dipenuhi dengan tusukan jari, suntikan dan lonjakan serta penurunan kadar gula darah. Bagi orang yang ingin mengatur kadar gula darah mereka secara otomatis, pankreas buatan bisa mengubah semua itu.
Pankreas buatan terdiri atas 3 bagian
“Pankreas buatan akan merevolusi pengobatan diabetes,” kata Dr Eric Renard, Profesor Endokrinologi, Diabetes, dan Metabolisme di Montpellier Medical School di Montpellier, Prancis. “Ini bisa mencegah komplikasi diabetes, termasuk kebutaan, gagal ginjal, amputasi, penyakit jantung dan bahkan kematian.”
Renard, yang memimpin uji klinis pertama perangkat ini, mengatakan, “Kualitas hidup akan sangat meningkat, karena orang tidak perlu lagi terus menerus menusuk jarum dan dengan demikian memantau kesehatan mereka.”
Dia menjelaskan bahwa pankreas buatan dirancang untuk membantu penderita diabetes tipe 1 mempertahankan kadar gula darah mereka dalam kisaran normal, yang penting untuk mencegah komplikasi diabetes.
Dr Jeffrey I. Joseph, direktur Pusat Pankreas Buatan di Thomas Jefferson University di Philadelphia, mengatakan bahwa organ buatan ini memiliki tiga bagian yang harus bekerja secara sempurna dalam sinkronisasi: sensor-sensor ini adalah sensor yang secara terus-menerus memonitor kadar gula darah atau jaringan, pompa infus insulin, dan algoritme komputer yang mengontrol pengiriman insulin per menit berdasarkan pengukuran glukosa darah. Sensor meneruskan informasi ke pompa infus insulin, yang kemudian mengeluarkan jumlah insulin yang tepat.
Kami bergerak selangkah demi selangkah menuju sasaran ini,” kata Joseph, dan para peneliti di seluruh dunia sedang menguji berbagai komponen sistem secara individual dan bersama-sama.
Pompa insulin membuat hidup lebih mudah bagi pasien
Perangkat yang paling baik dikembangkan saat ini adalah pompa insulin, yang dapat dikenakan pada sabuk atau ditanamkan sepenuhnya di dalam tubuh. Pompa eksternal sudah digunakan oleh ribuan penderita diabetes di seluruh dunia, sementara pompa implan disetujui di Eropa dan dalam uji klinis di AS, keduanya dapat digunakan dalam pankreas buatan.
Reynolds mengatakan bahwa pengembangan pompa implan merupakan langkah maju yang besar, dengan penelitian yang menunjukkan manfaat dari beberapa suntikan insulin setiap hari dalam mengendalikan kadar gula darah dan meningkatkan kualitas hidup.
Perangkat seukuran keping, yang dibuat oleh Medtronic MiniMed di Northridge, California, ditanamkan di bawah kulit di perut, dan perangkat ini mengirimkan insulin ke tubuh “seperti pankreas sungguhan,” katanya.
Lori Hahn, seorang warga California berusia 41 tahun yang telah menderita diabetes selama lebih dari satu dekade, mengatakan bahwa pompa implan telah mengubah hidupnya.
“Sebelum pompa implan, hidup saya adalah rollercoaster gula darah dan emosi,” kata Hahn, yang berpartisipasi dalam uji klinis di AS. “Saya merasa tidak terkendali dan harus menghabiskan banyak waktu untuk mencoba mengendalikan kadar gula darah saya. Dengan pompa implan, saya bisa lupa bahwa saya menderita diabetes,” kata Hahn, yang merupakan seorang istri dan ibu dari tiga anak yang aktif.
Pompa ini menggunakan insulin yang diformulasikan secara khusus, yang diisi ulang setiap dua hingga tiga bulan. Insulin diberikan dalam dosis kecil sepanjang hari, mirip dengan pankreas. Alat ini juga diprogram untuk memberikan lebih banyak insulin pada waktu makan. Sebelum makan atau camilan, sebuah tombol pada komunikator pompa pribadi seukuran pager ditekan untuk menyebabkan pompa mengeluarkan dosis insulin.
Sistem cerdas untuk mengelola jumlah insulin yang dibutuhkan
Penelitian lain telah difokuskan pada peningkatan transfer informasi antara sensor glukosa dan pompa insulin eksternal. Menurut Joseph, tonggak sejarah besar tercapai ketika Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) menyetujui salah satu sistem cerdas pertama yang memungkinkan kedua sistem mengirimkan informasi melalui koneksi nirkabel.
Sistem semacam itu memerlukan banyak pekerjaan pengukuran dalam hal dosis insulin, katanya.
Secara tradisional, pasien harus menusuk jari mereka dan menempatkan setetes darah pada strip tes untuk mendapatkan pembacaan glukosa darah untuk memperkirakan berapa gram karbohidrat yang mereka rencanakan untuk dimakan dan untuk menghitung berapa banyak insulin yang mereka butuhkan. Ada margin kesalahan yang besar dalam sistem ini dan perhitungan yang salah dapat menyebabkan kadar glukosa darah yang sangat tinggi atau rendah.
Dengan sistem Paradigm yang baru disetujui, yang menggabungkan pompa insulin Medtronic MiniMed dari AS dan monitor glukosa dari BD (Becton Dickinson), pasien masih mengukur kadar glukosa darah mereka sendiri dengan cara menusuk jari mereka, tetapi monitor glukosa seukuran pager mentransmisikan informasi langsung ke pompa insulin. Pompa insulin kemudian menghitung jumlah insulin yang dibutuhkan untuk glukosa darah saat ini. Menghitung dosis yang diperlukan melalui pompa, mencegah kesalahan yang kadang terjadi akibat memasukkan data ini secara manual, katanya.
Joseph mengatakan: “Terserah pasien untuk memutuskan apakah dosis yang dianjurkan sudah tepat dan menekan tombol untuk memberikan dosis yang dianjurkan.” “Ini bukan pankreas buatan, karena tidak sepenuhnya otomatis. Tetapi ini merupakan langkah besar dalam kenyamanan dan berpotensi untuk meningkatkan kontrol glukosa darah dalam pengaturan klinis.”
Sensor glukosa mengukur kadar gula darah
Joseph mengatakan bahwa ada sekitar dua lusin perusahaan dan laboratorium akademis yang bekerja pada sensor glukosa. Sebagian adalah sensor glukosa, sebagian lainnya adalah sensor glukosa cairan jaringan; sebagian ditempatkan di bawah kulit oleh pasien, sementara yang lainnya ditanamkan di dalam tubuh dari waktu ke waktu.
Meskipun sensor glukosa telah meningkat secara signifikan selama beberapa tahun terakhir, sensor ini tetap menjadi faktor pembatas dalam menciptakan pankreas buatan, katanya.
Dr Steve Lane, pemimpin proyek untuk program teknologi medis di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore Departemen Energi AS, setuju.
Lane mengatakan, “Hampir dapat dipastikan bahwa tujuan memproduksi pankreas buatan akan tercapai.” Departemen Lane telah bekerja sama dengan MiniMed untuk mengembangkan prototipe pankreas buatan. “Tetapi masih ada beberapa rintangan yang harus diatasi, yang utama adalah penginderaan glukosa. Hingga saat ini, belum ada yang mengembangkan cara yang sangat aman untuk merasakan glukosa.”
Animas sedang mengembangkan sensor glukosa optik implan, yang dalam penelitian pada hewan dan manusia awal menggunakan perangkat optik inframerah untuk mengukur kadar glukosa darah dalam darah secara akurat.
“Kepala sensor miniatur ditempatkan di sekitar pembuluh darah dan sumber cahaya difokuskan melalui darah ke detektor,” kata Joseph. “Penyerapan cahaya pada panjang gelombang inframerah tertentu menentukan konsentrasi gula dalam darah.”
Perkembangan lebih lanjut adalah sensor glukosa implan jangka pendek dan jangka panjang MiniMed yang dirancang untuk terus mengukur kadar gula dalam cairan jaringan atau darah.
Pankreas buatan pertama yang teruji secara klinis
Di Prancis, Renard memimpin uji klinis pertama pankreas buatan, menggabungkan sensor glukosa jangka panjang MiniMed dengan pompa insulin implan dalam sistem yang sepenuhnya otomatis.
Dalam prosedur pembedahan kecil, sensor implan dimasukkan ke dalam vena jugularis yang mengarah ke jantung. Sensor terhubung ke pompa insulin implan melalui kawat di bawah kulit: saat kadar glukosa darah berfluktuasi, sensor mengirimkan sinyal ke pompa insulin untuk mengindikasikan dosis insulin yang akan diberikan oleh pompa.
“Pasien tidak perlu melakukan apa pun,” kata Renard. “Semua ini otomatis. Bahkan jika karbohidrat tinggi dimakan, sensor mengirimkan sinyal yang sesuai untuk membuat pompa memberikan lebih banyak insulin.”
Data dari lima pasien pertama yang menggunakan alat ini selama sekurang-kurangnya enam bulan menunjukkan bahwa sensor secara akurat mengukur kadar glukosa dalam 95 persen kasus, dibandingkan dengan nilai yang diperoleh melalui tusukan jari, kata Renard.
Sasaran kami adalah mencapai akurasi 90 persen, jadi ini sangat akurat,” katanya.
Terlebih lagi, pasien yang menggunakan pompa insulin yang terhubung ke sensor mempertahankan kadar glukosa darah mereka dalam kisaran normal lebih dari 50 persen dari waktu, sementara pasien yang menggunakan pompa implan untuk mengatur pengiriman insulin dengan pengukuran tusukan jari mempertahankan kadar glukosa darah mereka dalam kisaran normal hanya sekitar 25 persen dari waktu.
Selain itu, kata Renard, risiko penurunan gula darah secara tiba-tiba ke tingkat yang sangat rendah yang berbahaya (disebut hipoglikemia) – yang dapat terjadi setiap kali insulin diberikan secara berlebihan – turun menjadi kurang dari 5%.
Salah satu langkah berikutnya, katanya, adalah membuat sensor yang lebih tahan lama, yang hanya memerlukan penggantian setiap dua atau tiga tahun. Sementara rata-rata pompa insulin implan digunakan selama delapan tahun sebelum diganti, sensor gagal setelah rata-rata sembilan bulan, katanya.
Namun demikian, Renard yakin bahwa rintangan ini mudah diatasi. “Kami hanya harus menggunakan bahan yang berbeda dan membuatnya lebih kuat,” katanya.
Tetapi Joseph mengatakan bahwa hal ini bisa menghadirkan tantangan yang sangat besar: “Penelitian selama bertahun-tahun telah menunjukkan bahwa sensor cenderung gagal dalam hitungan bulan, bukan tahun, karena lingkungan tubuh yang keras.”
Prosedur matematika untuk menghitung jumlah insulin yang diberikan pada waktu yang berbeda dalam sehari, juga perlu disempurnakan, kata Renard. “Sekarang ini, pompa insulin memungkinkan penderita diabetes mempertahankan kadar gula darah normal selama setengah hari, sama seperti yang dilakukan oleh non-diabetes. Tetapi itu juga berarti ia tidak dapat mengendalikan kadar gula darahnya selama separuh hari lainnya, yang persentasenya agak terlalu tinggi.”
Tetapi ia menambahkan bahwa masalah ini mudah dipecahkan. “Masalah utamanya adalah memiliki sensor yang akurat, yang kita miliki saat ini. Kita harus memiliki sensor yang bekerja lebih lama dan berjalan lebih baik, dan setelah itu, sensor ini akan siap untuk penggunaan klinis.”
Joseph setuju. Ia mengatakan: “Mereka telah mendemonstrasikan kelayakan pensinyalan antara sensor glukosa dan pompa insulin, yang secara otomatis dapat menghantarkan insulin, yang merupakan pankreas buatan. Apakah itu membuatnya sempurna? Tentu saja tidak. Tetapi kami semakin mendekati kesempurnaan.”