基于计算机模拟的胰岛素-普兰林肽联合给药算法在人工胰腺系统中的优化与验证研究

本研究针对1型糖尿病(T1DM)患者人工胰腺系统中胰岛素-普兰林肽(pramlintide)联合给药算法缺乏有效评估工具的问题，通过将普兰林肽PK/PD模型整合至UVA/Padova模拟器，开发了四种联合给药策略。结果显示联合给药可提升血糖达标时间(TIR)3.00%-10.53%，为双激素人工胰腺系统的开发提供了重要参考依据。

　　

在1型糖尿病(T1DM)治疗领域，人工胰腺系统(APS)的发展正面临一个重要挑战：如何在不增加低血糖风险的前提下，更好地控制餐后血糖波动。传统的单激素(胰岛素)系统虽然取得了一定成效，但仍存在餐后高血糖和碳水化合物计数负担等问题。普兰林肽(pramlintide)作为一种胰淀素类似物，能延缓胃排空、抑制胰高血糖素分泌，理论上可以弥补单纯胰岛素治疗的不足。然而，由于缺乏合适的评估工具，胰岛素-普兰林肽联合给药策略的开发一直受到限制。

针对这一难题，来自西班牙的研究团队在《Computers in Biology and Medicine》发表了一项创新性研究。他们通过将普兰林肽药代动力学/药效学(PK/PD)模型整合到FDA认可的UVA/Padova T1DM模拟器中，建立了首个可用于评估双激素给药算法的计算机模拟平台。基于此平台，研究人员开发并验证了四种不同的普兰林肽给药策略，为人工胰腺系统的优化设计提供了重要参考。

研究采用了多项关键技术方法：首先将普兰林肽PK/PD模型整合至UVA/Padova模拟器，通过修改胃排空速率方程实现药物效应的模拟；基于已有的胰岛素控制器开发了四种普兰林肽给药策略；使用包含10名虚拟成人的队列进行14天的模拟验证；通过线性混合效应模型进行统计学分析，比较不同策略的血糖控制效果。

研究结果部分，作者通过四个小标题系统呈现了研究发现：

"3.1. Adjustment of λ, ρ, φ, and δ values" 部分显示，通过大量模拟确定了各策略的最佳参数：策略1(无餐时通知的30μg普兰林肽推注)、策略2(无餐时通知的10μg/U基础比率)、策略3(有餐时通知的15μg固定推注)和策略4(简化餐时通知的10μg/U基础+推注比率)。

"3.2.1. Strategy 1" 结果显示，这种基于餐后胰岛素和血糖斜率变化触发给药的策略，相比无餐时通知的单纯胰岛素治疗可提高TIR 3.02%，但效果不及有餐时通知的方案。

"3.2.2. Strategy 2" 表明，采用10μg/U的固定基础比率可显著改善血糖控制，TIR提升达10.53%，但每日普兰林肽用量较高(平均391.3μg)。

"3.2.4. Strategy 4" 发现，简化餐时通知结合10μg/U比率的策略表现最佳，TIR提升11.62%，且低血糖风险未显著增加。

在讨论部分，作者指出这些结果与临床研究数据相符，如Sherr J等人的临床试验显示类似幅度的TIR改善。特别值得注意的是，策略4(简化餐时通知)的效果接近需要完整碳水化合物计数的胰岛素单药治疗，这在实际应用中具有重要意义，可大幅减轻患者负担。研究也探讨了普兰林肽用量与胃肠道副作用之间的平衡问题，建议未来可探索夜间停药等减量策略。

这项研究的创新价值在于首次建立了可用于评估胰岛素-普兰林肽联合给药算法的计算机模拟平台，并通过系统比较验证了不同给药策略的优劣。特别是发现简化餐时通知(仅告知用餐时间)结合固定比率的策略可获得接近需要完整碳水化合物计数的治疗效果，这为开发更实用的双激素人工胰腺系统指明了方向。未来研究可进一步优化给药算法，如根据个体反应调整普兰林肽剂量，或开发能动态调整比率的智能控制系统。