Diabetes: ontwikkeling bionische alvleesklier

Diabetes mellitus is een ziekte die steeds vaker voorkomt. Gelukkig staat de medische techniek niet stil! Onderzoekers hebben een bionische alvleesklier ontwikkeld, die in staat is om zelf uit te rekenen hoeveel de patiënt van de betrokken hormonen (insuline of glucagon) nodig heeft. De patiënt hoeft zelf niets meer in de gaten te houden en alleen maar in te vullen hoeveel hij of zij gegeten heeft. De eerste resultaten van het onderzoek zijn nu gepubliceerd en deze zijn veelbelovend. Verdere onderzoeken zullen dus volgen, waarna de onderzoekers hopen de bionische alvleesklier op de markt te brengen.

• Bionische apparaten
• Alvleesklier
• Diabetes mellitus (suikerziekte)
• Recente ontwikkeling: bionische alvleesklier

Bionische apparaten

Bionische apparaten vervangen of verbeteren organen of lichaamsdelen. Het orgaan of lichaamsdeel (bijvoorbeeld een beenprosthese) wordt zo goed mogelijk nagebootst door middel van het combineren van biologie/geneeskunde en techniek.

Alvleesklier

De alvleesklier (in het Engels/Latijns: pancreas) is een orgaan in het menselijk lichaam, verantwoordelijk voor het regelen van de bloedsuikerspiegel en de vertering. De alvleesklier ligt deels achter de maag en de twaalfvingerige darm. Het is een langgerekt orgaan wat bestaat uit een kop (head), lichaam (body) en staart (tail). De alvleesklier is een klier (een klier heeft als doel het produceren en afscheiden van bepaalde stoffen) met een endocriene en een exocriene functie.

Endocriene functie: de alvleesklier en de bloedsuikerspiegel

Endocriene klieren produceren hormonen die ze direct aan het bloed of aan andere organen afgeven. De hormonen worden door het lichaam getransporteerd waarop hun doel-organen kunnen reageren. De alvleesklier heeft een endocriene functie, die wordt uitgevoerd door specifieke cellen in de alvleesklier, genaamd ‘de eilandjes van Langerhans’.

Alvleesklier hormonen
De eilandjes van Langerhans in de alvleesklier produceren de hormonen glucagon en insuline. Wanneer de bloedsuikerspiegel (de hoeveelheid glucose in het bloed) stijgt, zullen deze cellen insuline gaan produceren. Insuline verlaagt de glucosehoeveelheid in het bloed. Glucagon is de tegenhanger van insuline, dit hormoon verhoogt de glucosehoeveelheid in het bloed. Doordat de alvleesklier continu glucagon en insuline aanmaakt en loslaat, wordt de hoeveelheid glucose in het bloed gebalanceerd.

Exocriene functie: de alvleesklier en de vertering

Een exocriene klier scheidt zijn producten af op het lichaamsoppervlak (de huid, een voorbeeld is een zweetklier) of in een lichaamsholte (via een buisje in het lichaam, wat de stoffen verder transporteert). De alvleesklier synthetiseert verteringsenzymen.

Enzymen
Enzymen zijn eiwitten die bij een chemische reactie in of buiten een cel in het lichaam helpen. Sommige reacties in het lichaam kunnen niet gebeuren als er geen specifieke enzymen voor aanwezig zijn. Dit kan leiden tot ziekten, zoals bijvoorbeeld een stofwisselingsziekte. De alvleesklier maakt proteasen (eiwit-verterende enzymen), amylase (enzym wat een vorm van zetmeel afbreekt), lipasen (vet-verterende enzymen) en nucleasen (enzymen die nucleïnezuren afbreken).

---

Diabetes mellitus (suikerziekte)

Wanneer de alvleesklier niet goed meer werkt, kan diabetes mellitus ontstaan, ook wel suikerziekte genoemd. In Nederland hebben meer dan één miljoen mensen diabetes. Dit neemt jaarlijks toe met zo’n 75.000 patiënten. Er zijn twee typen van diabetes mellitus.

• Diabetes mellitus type 1: bij diabetes mellitus type 1 wordt er door het lichaam geen insuline meer aangemaakt.
• Diabetes mellitus type 2: Negen van de tien mensen met diabetes heeft type 2. Bij diabetes mellitus type 2 wordt er voldoende insuline door het lichaam aangemaakt. Het probleem is dat de lichaamscellen er niet goed genoeg op reageren.

Gevolgen van diabetes mellitus

Doordat er geen insuline is, of als de cellen er niet meer op reageren, zal er minder glucose worden afgebroken. Dit heeft als resultaat dat de bloedglucose waarden stijgen. Deze situatie heet ‘hyperglykemie’.

Keto-acidose
Het meest acute gevolg van te hoge glucosewaarden is ‘keto-acidose’. Omdat glucose niet meer verbrand kan worden door de cellen, gaan de cellen vet gebruiken. Een resultaat hiervan is dat er veel vetzuren in het bloed terecht komen. Er zal verzuring in alle lichaamsweefsels optreden. Deze situatie kan levensbedreigend zijn.

Polydipsie
Polydipsie is een medische term wat wil aangeven dat de patiënt veel vloeistoffen (water, thee, koffie etc.) tot zich neemt. Doordat er veel glucose in het bloed zit, zullen de nieren proberen dit er uit te filteren. Hierbij wordt veel urine aangemaakt, waardoor het bloedvolume daalt en de patiënt gedehydrateerd wordt. Hij of zij zal constant dorst hebben en veel drinken (en plassen).

Recente ontwikkeling: bionische alvleesklier

Een samenwerking tussen de universiteit in Boston (VS) en een academisch ziekenhuis in Massachusetts (Massachusetts General Hospital, VS) heeft in juni 2014 geleid tot de ontwikkeling van een bionische alvleesklier. Hierover is een artikel gepubliceerd: 'Outpatient Glycemic Control with a Bionic Pancreasin Type 1 Diabetes'. Hieronder zal deze studie in het kort worden beschreven.

De patiënten

Het artikel omvatte twee patiënten studies met de ontwikkelde bionische alvleesklier. De eerste groep waren volwassenen vanaf 21 jaar, de tweede groep waren adolescenten (12-21 jaar). Alle patiënten hadden al minstens één jaar diabetes mellitus type 1, waarvoor ze insuline pomp therapie kregen. De bionische alvleesklier werd op beide groepen vijf dagen lang getest.

Hoe het werkt

De onderzoekers maakten een sensor die onder de huid van de patiënt werd geïmplanteerd. Deze sensor communiceerde met een applicatie op een iPhone. Elke vijf minuten testte de sensor de bloedsuikerspiegel. Deze informatie werd bijgehouden op de iPhone. De patiënten moesten steeds aan de applicatie aangeven wat voor soort maaltijd ze op hadden (ontbijt, lunch of diner) en hoeveel ze hadden gegeten (bijvoorbeeld ‘veel’, ‘normaal’, of ‘een snack’). De applicatie berekende hiermee de hoeveelheid insuline die de infusiepomp (draadloos gecontroleerd door de iPhone) moest afgeven over een bepaalde tijd.

Het speciale aan de ontwikkelde bionische alvleesklier

De bionische alvleesklier berekent ook wanneer glucagon moet worden afgegeven aan het bloed. Hierdoor zou de bloedsuikerspiegel nog meer in balans blijven.

Resultaten van de eerste testen op mensen

Om het apparaat te controleren of hij goed functioneerde, werd van alle patiënten periodiek de bloedsuikerhoeveelheid gemeten door middel van het prikken in de vinger. Na de vijf dagen had de bionische alvleesklier de gemiddelde hoeveelheid glucose in het bloed laten dalen, wanneer er werd vergeleken met de standaard insulinepomp-therapie. Ook werd het aantal uur per dag (vooral ’s nachts) dat er te weinig glucose in het bloed zat vermindert door de bionische alvleesklier.

Een aantal beperkingen van de studie

De volwassenen kregen bepaalde restricties opgelegd voor het gebruik van alcohol, omdat alcohol de effectiviteit van glucagon kan tegengaan. Tevens waren er soms problemen met de draadloze connectie van de bionische alvleesklier en de sensor/iPhone. Hierdoor kunnen er insuline of glucagon toedieningen niet uitgevoerd zijn.

Vervolg van de studie

Er zijn in deze studie nog een aantal beperkingen gevonden, maar de eerste resultaten zijn positief. De studie gaat nu de volgende fase in, met een patiëntenstudie van 40 volwassenen die 11 dagen gebruik gaan maken van de bionische alvleesklier.