
模型需要随治疗场景一起变化
意大利帕多瓦大学(University of Padova)与美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的研究者在 Journal of Diabetes Science and Technology 发表综述,回顾 UVA/Padova 1 型糖尿病(type 1 diabetes,T1D)模拟器。从早期皮下胰岛素和闭环算法测试出发,平台逐步加入新的生理变化、药物与给药途径。
早期环境用成人、青少年和儿童各 100 个虚拟个体,描述代谢、血糖感知和胰岛素输注。FDA 于 2008 年接受其用于指定闭环控制策略的临床前测试,替代相应动物试验。此后增加的功能,则需要围绕各自的生理资料和使用目的解释。
从单餐模拟扩展到昼夜和激素变化
最初的重要应用场景是一次进餐后的葡萄糖与胰岛素变化。随着使用情境延长,仅描述一餐的固定参数已经不够;后续版本纳入胰岛素敏感性的昼夜模式、黎明现象及胰高血糖素作用,支持更长时段的计算比较。
综述还介绍了进餐相关的胰高血糖素样肽 1(glucagon-like peptide 1,GLP-1)模型。在 T1D 场景中,该模块通过抑制胰高血糖素、延缓胃排空等过程影响血糖,不直接刺激胰岛素分泌。
长效胰岛素和对乙酰氨基酚药代模型也被加入模拟环境,另有用于估计胰岛素敏感性和回放不同治疗输入的方法。这些扩展针对不同问题:药物在体内的时间变化、生理状态的变化,以及替代给药方案会产生什么结果。
腹腔给药改变了胰岛素到达作用部位的过程
2023 年综述重点讨论了一项新的应用需求:面向完全植入式人工胰腺的腹腔葡萄糖感知和胰岛素给药。与皮下给药相比,胰岛素进入循环及作用于肝脏的路径和速度不同,因此需要专门的动力学描述与控制算法。
作者介绍了一个腹腔胰岛素双分室模型。其分析把腹腔空间视为虚拟分室,用于描述胰岛素接近门静脉输入的过程,力图更接近生理性分泌后先作用于肝脏的情境。分室之间的转运关系,用于刻画这一给药途径下的胰岛素时间变化。
腹腔葡萄糖感知也有相应模型,因为控制器收到的信号会受到感知位置和时间延迟影响。该版本保留了原虚拟人群日内及日间的胰岛素敏感性变化,使给药路线比较不只发生在一个固定的理想状态下。
更新后的环境被用于 100 个虚拟成人的腹腔与皮下给药比较,也用于设计无需预先报告进餐的闭环控制器。
计算设计仍需要临床资料持续检验
综述同时回顾了从计算设计到临床研究的开发过程。由模拟器支持设计的算法先进入多中心及不同年龄组人体试验,再成为部分临床使用系统的基础。模型帮助筛选和检验方案,人体试验则提供实际治疗表现。
作者强调,计算表现良好可以帮助检验极端情境、算法稳定性和明显无效的方案,却不能保证人体内获得相同结果。新加入的腹腔给药、感知或药物模块,也应与早期皮下版本的资料和接受范围分开评价。
这一扩展过程依赖持续获取生理资料:新的给药位置需要新的吸收与感知模型,更长的观察时间需要描述昼夜及跨日变化。计算比较据此支持方案筛选,后续临床研究再检验实际治疗表现。