Artificial pancreas: a step towards the efficient management of diabetes

Authors

Keywords:

Diabetes Mellitus, Artificial pancreas, Control systems

Abstract

Diabetes mellitus, an incurable chronic disease caused by issues in insulin production, leads to hyperglycemia. To address this, the artificial pancreas is explored, a device intended to emulate the regulatory functions of glucose. This article examines the current status, technological challenges, and prospects for developing a safe and fully autonomous artificial pancreas.

Author Biographies

Dolores Alejandra Ferreira de Loza, Instituto Politécnico Nacional (IPN) / CONAHCyT, IxM

Doctora en Ingeniería por la Universidad Nacional Autónoma de México en 2010. Desarrolló su expertise durante periodos postdoctorales en la Universidad de Valenciennes, Francia (2010-2012), Universidad de Burdeos, Francia (2012-2013) y CINVESTAV-Monterrey, México (2013). Desde 2014, es investigadora CONAHCy en el IPN, Tijuana, México. Sus áreas de indagación engloban control, observación de sistemas inciertos, detección de fallas en sensores y actuadores, y aplicaciones de control tolerante a fallas. Estas se extienden a tecnologías emergentes como sistemas aeroespaciales, robots móviles y el páncreas artificial. Desde 2019, lidera el proyecto científico SEP-CONAHCy-ECOS-ANUIES 296692 “Nueva generación de algoritmos de control en lazo cerrado para la regulación de glucosa en pacientes diabéticos usando modelos bio-inspirados” entre el IPN y la Universidad de Burdeos, Fr. Es IEEE Senior Member (2021) y Mentora de la Ciencia por el British Council (2021). Además, ejerce como Editora Asociada en revistas JCR, incluyendo IEEE Transactions on Cybernetics, International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, e International Journal of Robust and Nonlinear Control. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores, nivel 2 (SNII-2).

Héctor Ríos Barajas, Instituto Tecnológico de la Laguna

Recibió los títulos de Ingeniero en Ingeniería Eléctrica Electrónica, Maestro y Doctor en Ingeniería Eléctrica (Control Automático) de la Universidad Nacional Autónoma de México en 2008, 2010 y 2014, respectivamente, bajo la guía de los profesores Leonid Fridman y Jorge Dávila. Realizó investigaciones posdoctorales en Inria Lille, Francia, y en la Universidad de California, Santa Bárbara. Actualmente, es miembro del programa CONAHCyT Investigadoras e Investigadores por México y pertenece al Instituto Tecnológico de La Laguna. Ha publicado más de 140 trabajos, es miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores del CONAHCyT, con nivel 2, IEEE Senior Member y Editor Asociado en revistas JCR como IET Control Theory & Applications, International Journal of Robust and Nonlinear Control, y Nonlinear Analysis: Hybrid Systems. Su enfoque profesional se centra en la estimación de estados, teoría de control, análisis de estabilidad y diseño de control para sistemas lineales, no lineales, híbridos y vehículos no tripulados.

Roberto Franco Jaramillo, Instituto Tecnológico de la Laguna

Recibió los títulos de Ingeniero en Ingeniería Eléctrica Electrónica, Maestro y Doctor en Ingeniería Eléctrica (Control Automático) de la Universidad Nacional Autónoma de México en 2008, 2010 y 2014, respectivamente, bajo la guía de los profesores Leonid Fridman y Jorge Dávila. Realizó investigaciones posdoctorales en Inria Lille, Francia, y en la Universidad de California, Santa Bárbara. Actualmente, es miembro del programa CONAHCyT Investigadoras e Investigadores por México y pertenece al Instituto Tecnológico de La Laguna. Ha publicado más de 140 trabajos, es miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores del CONAHCyT, con nivel 2, IEEE Senior Member y Editor Asociado en revistas JCR como IET Control Theory & Applications, International Journal of Robust and Nonlinear Control, y Nonlinear Analysis: Hybrid Systems. Su enfoque profesional se centra en la estimación de estados, teoría de control, análisis de estabilidad y diseño de control para sistemas lineales, no lineales, híbridos y vehículos no tripulados.

References

Dalla Man, C., Micheletto, F., Lv, D., Breton, M., Kovatchev, B., y Cobelli, C. (2014). The uva/padova type 1 diabetes simulator: New features. Journal of Diabetes Science and Technology, 8(1), 26-34. https://doi.org/10.1177/1932296813514502.

Daly, A. B., Boughton, C. K., Nwokolo, M., Hartnell, S., Wilinska, M. E., Cezar, A., Evans, M. L., y Hovorka, R. (2023). Fully automated closed-loop insulin delivery in adults with type 2 diabetes: An open-label, single-center, randomized crossover trial. Nature Medicine,29(1), 203-208. https://doi.org/10.1038/s41591-022-02144-z.

Huyett, L. M., Dassau, E., Zisser, H. C., y Doyle, F. J. (2018). Glucose sensor dynamics and the artificial pancreas: The impact of lag on sensor measurement and controller performance. ieee Control Systems, 38(1), 30-46. https://doi.org/10.1109/MCS.2017.2766322.

idf-Diabetes Atlas (2021, 10 de diciembre) International Diabetes Federation, Diabetes Atlas, 2021, 10th Edition. IDF Diabetes Atlas | Tenth Edition.

idf -Covid-19 and diabetes, (2023, 21 de mayo) International Diabetes Federation, Diabetes and covid-19: The role of glycemic control, diabetes subtype and blood glucose on covid-10 severity and death, 2022. IDF-COVID-19-and-diabetes.

idf-t1d Index Report (2023, 24 de mayo), International Diabetes Federation, Type 1 diabetes estimates in children and adults, 2022. IDF-T1D-Index-Report (diabetesatlas.org).

inegi (2023, 6 de junio), Instituto Nacional de Geografía e Informática (2022). Estadística de defunciones registradas de enero a junio 2022, INEGI(inegi.org.mx).

jdrf Diabetes Blog (2023, 6 de junio), Latest in fda Regulatory, JDRF Diabetes Blog Resources.

Kovatchev, B., y Kovatcheva, A. (2021, 10 de diciembre) A Smart artificial pancreas could conquer diabetes, A Smart Artificial Pancreas Could Conquer Diabetes – IEEE Spectrum.

Olcomendy, L., Pirog, A., Lebreton, F., Jaffredo, M., Cassany, L., Gucik Derigny, D.,Cieslak, J., Henry, D., Lang, J., Catargi, B., Raoux, M., Bornat, Y., y Renaud, S. (2022). Integrating an islet-based biosensor in the artificial pancreas: In silico proof-of-concept. ieee Trans. Biomed., 69 (2), 899-909. https://doi.org/10.1109/TBME.2021.3109096.

Patek, S. D. (2019). Multiple-signal artificial pancreas systems. The artificial pancreas: Current situation and future directions (pp. 219-235) https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815655-1.00019-3.

Rickels, M. R., DuBose, S. N., Toschi, E., Beck, R. W., Verdejo, A. S., Wolpert, H., Cummins, M. J., Newswanger, B., y Riddell, M. C. (2018). Mini-dose glucagon as a novel approach to prevent exercise-induced hypoglycemia in type 1 diabetes. Diabetes Care, 41(9), 1909-1916. https://doi.org/10.2337/dc18-0051.

Tubiana-Rufi, N., Schaepelynck, P., Franc, S., Chaillous, L., Joubert, M., Renard, E., Reznik, Y., Abettan, C., Bismuth, E., Beltrand, J., Bonnemaison, S., Borot, S., Charpentier, G., Delemer, B., Desserprix, A., Durain, D., Farret, A., Filhol, N., Guerci, B., Benhamou, P. Y. (2021). Practical implementation of automated closed-loop insulin delivery: A French position statement. Diabetes Metab. J., 47(3) https://doi.org/10.1016/j.diabet.2020.10.004.

Singh, A. K., Gupta, R., Ghosh, A., y Misra, A. (2020). Diabetes in covid-19: Prevalence, pathophysiology, prognosis and practical considerations. Diab Metab Syndr, 14(4), 303-310. https://doi.org/10.1016/j.dsx.2020.04.004.

Published

2023-09-18