Un pancreas artificiale

L'incidenza di diabete mellito sta crescendo ad un ritmo allarmante in tutto il mondo. Le conseguenze trattamento medico a lungo termine del diabete includono:

• complicazioni microvascolari (cecità, insufficienza renale e neuropatia)
• macrovascolare (malattie cardiovascolari, ictus e malattie vascolari periferiche).

È stato dimostrato che il migliorare il controllo glicemico nei pazienti con diabete riduce il rischio di sviluppo e progressione di alcune di queste complicanze maggiori.

Nonostante la disponibilità di modalità di trattamento sempre più efficaci, tra cui gli analoghi dell'insulina e il monitoraggio continuo del glucosio, una percentuale sostanziale di pazienti con diabete non riesce a raggiungere un adeguato controllo glicemico. Questo potere è aggravato dalla ricerca di un equilibrio tra il miglioramento del controllo glicemico e l'aumento del rischio di ipoglicemia (bassi livelli di glucosio nel sangue), che può portare a convulsioni, coma e morte.

Molti esperti ritengono che la migliore opzione terapeutica per il trattamento del diabete sia un sistema di pancreas artificiale. (o a circuito chiuso) in grado di imitare la funzione delle normali cellule beta pancreatiche, ripristinando così la normale omeostasi metabolica senza causare ipoglicemia. La progettazione di un sistema in grado di raggiungere questo obiettivo è complessa e pone nuove sfide scientifiche, cliniche e normative.

Come dovrebbe funzionare un pancreas artificiale

Il termine "pancreas artificiale" si riferisce a un sistema di gestione automatizzato destinato a integrare o sostituire il pancreas endocrino funzionalmente compromesso nei pazienti con diabete.. Concettualmente, un pancreas meccanico artificiale consiste in input (ad esempio, letture del glucosio) alimentati continuamente da un controllore in cui un algoritmo matematico applica una serie di regole per generare un output (ad esempio, una pompa di infusione che eroga una quantità fissa di insulina). Il feedback successivo dagli input può portare ad aggiustamenti dell'output. Nel sistema possono essere inclusi altri farmaci (ad esempio il glucagone) per contrastare gli effetti ipoglicemizzanti dell'insulina o per rallentare la velocità di assorbimento dei carboidrati dopo un pasto (terapie basate sulle incretine, ad esempio). I componenti possono essere esterni o impiantabili e possono integrare la telemetria wireless per migliorare le comunicazioni.

Un pancreas artificiale può anche essere interamente biologico (ad esempio, trapianto di isole), un ibrido meccanico-biologico o un sistema semi-chiuso che prevede azioni da parte del paziente (ad esempio, la somministrazione di un bolo di insulina al paziente prima dei pasti). In questo post ci concentreremo sul pancreas artificiale meccanico.

Negli Stati Uniti esiste attualmente un solo sistema di questo tipo approvato dalla FDA, il Biostator1 (Miles Laboratories, Inc., Elkhart, Indiana). Tuttavia, le sue grandi dimensioni, i componenti di campionamento e di somministrazione endovenosa ne limitano l'uso in ambito clinico.

La tecnologia di oggi

I dispositivi approvati per la misurazione del glucosio nel liquido interstiziale utilizzano un tipo di sensori ad ago, basati su enzimi che sfruttano la reazione della glucosio ossidasi.. Questi dispositivi richiedono la calibrazione con un glucometro tradizionale, vengono inseriti sottocute e devono essere rimossi e sostituiti periodicamente.. Le letture del sensore vengono trasmesse a un dispositivo simile a un cercapersone, dove un algoritmo converte le informazioni in risultati equivalenti alla glicemia. I risultati attuali e precedenti del glucosio vengono visualizzati dall'utente per tracciare le concentrazioni di glucosio e monitorare le tendenze del glucosio. Le limitazioni di questi dispositivi includono cambiamenti biologici e fisici nell'interfaccia del sensore; ad esempio, gli errori possono essere causati da una risposta infiammatoria nel sito di inserimento o dal movimento meccanico del sensore. Vi sono inoltre ritardi temporali del segnale di uscita rispetto alle variazioni delle concentrazioni di glucosio nel sangue. Le prestazioni del sensore sono in genere più scarse in presenza di concentrazioni di glucosio nel sangue pericolosamente basse e vi sono periodi inspiegabili in cui le letture del sensore variano in modo significativo rispetto alle letture del glucosio nel sangue.

I microinfusori di insulina sono spesso utilizzati per fornire una somministrazione continua di insulina sottocutanea. I microinfusori extracorporei attualmente approvati sono costituiti da una siringa carica di insulina che eroga l'insulina attraverso un catetere. L'infusione continua imita la funzione basale di un pancreas reale. Le limitazioni dei microinfusori di insulina includono un assorbimento lento e variabile dell'insulina in circolo dallo spazio sottocutaneo.

Studi clinici

Almeno in teoria, un pancreas artificiale potrebbe essere utile a tutti i pazienti con diabete che non sono in grado di mantenere un adeguato controllo glicemico nonostante una terapia medica ottimale..

Tuttavia, a causa di problemi di sicurezza, lo sviluppo iniziale di un pancreas artificiale potrebbe essere indirizzato a una popolazione di pazienti con il maggior bisogno e il massimo potenziale di beneficio (ad esempio, pazienti con diabete di tipo 1 fragile, quelli che soffrono di frequenti episodi di ipoglicemia o chetoacidosi diabetica, o quelli che non sono consapevoli del loro stato ipoglicemico).

In seguito potrebbe essere esteso a:

• Tutti i pazienti adulti con diabete mellito di tipo 1.
• I bambini
• Pazienti adulti con diabete di tipo 2: a causa della progressiva disfunzione delle beta-cellule, questi pazienti possono richiedere insulina o secretagoghi di insulina che aumentano il rischio di ipoglicemia e instabilità metabolica.
• Diabete gestazionale: un pancreas artificiale può raggiungere e mantenere rapidamente l'eccellente controllo glicemico richiesto nelle pazienti gravide con diabete gestazionale che necessitano di insulina.
• Riceventi di trapianto di cellule islamiche: i pazienti con un trapianto funzionale rimangono privi di ipoglicemia grave, ma possono richiedere insulina esogena. Un pancreas artificiale meccanico potrebbe fornire insulina sufficiente a coprire i picchi di glucosio nel sangue al di sopra di un valore prestabilito (ad esempio 120-140 mg/dl), riducendo l'effetto di tossicità del glucosio per l'innesto e migliorando il controllo glicemico e la qualità di vita.

Le sperimentazioni per la valutazione di un pancreas artificiale devono essere condotte in un ambiente sicuro e controllato, come un Centro di Ricerca Clinica.

Lo sviluppo di nuove tecnologie

Le nuove tecnologie potrebbero avere un impatto su ogni elemento del pancreas artificiale e migliorare il funzionamento complessivo del sistema.. La concentrazione di glucosio nel sangue è un importante input del sistema, ma non è l'unica variabile che può essere utilizzata. È possibile misurare altre variabili di esito, come l'attività fisica, il consumo di cibo, l'insorgenza di ipoglicemia e la funzione metabolica cerebrale.

Altri sono in fase di sviluppo sensori per la misurazione indiretta della glicemia. Ad esempio, una tecnologia utilizza un laser per creare fori microscopici attraverso lo strato esterno della pelle. Altre tecnologie includono la tomografia a coerenza ottica, la spettroscopia di impedenza, gli acidi boronici per la produzione di idrogel di poliacrilammide, i sensori olografici e le lenti a contatto per misurare il glucosio [14,15].

Alcuni sviluppatori di prodotti non invasivo hanno lavorato con sistemi di spettroscopia a riflessione diffusa nell'infrarosso.. Sebbene siano stati compiuti progressi significativi, è necessario ottimizzare il rapporto segnale/rumore fondamentale e i ricercatori stanno lavorando per stabilire una firma spettrale unica per il glucosio rispetto alla matrice del tessuto.

Una tecnologia che si sta dimostrando molto promettente è quella basata su Spettroscopia Raman potenziata dalla superficie. Sembra probabile che una versione avanzata di questo sensore possa essere fatta passare attraverso la pelle nello spazio sottocutaneo, in modo simile al posizionamento di cateteri basati su pompe di insulina. Il sistema basato su nanoparticelle potrebbe fornire una misurazione continua e diretta della concentrazione di glucosio.

Un'azienda ha sviluppato un sistema di somministrazione dell'insulina regolato dalle concentrazioni di glucosio. Questa "insulina intelligente" è una formulazione iniettabile di insulina da assumere una volta al giorno.. Consiste in un materiale nanostrutturato (idrogel) che si autoassembla a partire da due blocchi biomolecolari: un coniugato insulina-polimero glicosilato e una molecola multivalente che lega il glucosio. I ricercatori hanno ottenuto risultati promettenti studiando questa tecnologia sugli animali.

Un'azienda aragonese del Gruppo Biosalud, chiamata Goodday, ha sviluppato una tecnologia in cui il glucometro del diabetico è collegato via wifi a un software intelligente sviluppato dalla stessa azienda, con la consulenza di un'équipe di endocrinologi specializzati in Diabete, in modo che non appena il paziente misura la propria glicemia, i dati "viaggiano" verso il software, registrando l'ora, il nome del paziente, la glicemia, e a sua volta il software invia un messaggio al cellulare del paziente, un avvertimento o addirittura una segnalazione al diabetologo curante, nel caso in cui i valori si riferiscano a una buona evoluzione, un avvertimento o addirittura una segnalazione al diabetologo curante, Il software invia quindi al telefono cellulare del paziente un messaggio che indica una buona evoluzione, un avvertimento o addirittura una segnalazione al diabetologo curante, nel caso in cui i valori indichino che il paziente è in pericolo, in modo che il medico possa contattare il paziente e consigliargli direttamente cosa fare. Questo sistema sarà operativo all'inizio dell'anno e sarà offerto da Biosalud a tutti i diabetici che lo desiderano. La bio-salute a casa vostra.

I progressi argentini nel trattamento del diabete

I medici dell'Università Maimonides in Argentina sono riusciti a risecretare insulina e glucagone, sulla base di cellule staminali proprio. Come spiega il direttore di questa ricerca e del Centro di Ricerca in Ingegneria dei Tessuti e Terapie Cellulari (CIITT) dell'università, la Dr. Gustavo Moviglia, per la prima volta al mondo, l'organismo dispone di una fonte naturale di produzione e secrezione di insulina e glucagone, che sono ormoni complementari e altrettanto necessari.

Moviglia spiega che i test sono stati effettuati con il grasso umano, ma senza applicarli agli individui. "Li abbiamo poi utilizzati su animali in cui avevamo generato uno stato simile al diabete. Finora abbiamo osservato che integrano la funzione", dice Moviglia.

"Idealmente, una persona insulino-dipendente dovrebbe essere in grado di smettere di esserlo", afferma Moviglia. "Questo è l'obiettivo finale che stiamo perseguendo. Speriamo di raggiungerlo".

È possibile vedere questo video in cui il Prof. Moviglia parla di questa ricerca sul diabete

Moviglia entra in Biosalud come consulente esperto

Il professor Gustavo Moviglia si è unito a Biosalud come consulente esperto in terapia cellulare e ingegneria tissutale. Proprio per questo motivo, ha visitato la nostra città e ha tenuto sessioni di lavoro presso Biosalud nell'ambito dell'accordo tra Biosalud e l'Università Maimonides. Iñigo Sánchez si è unito a Biosalud come direttore di questo progetto, in quanto esperto di affari regolatori e gestione sanitaria, con una vasta esperienza nel settore sanitario e farmaceutico.