Pancreas artificiale all'orizzonte

Un pancreas artificiale potrebbe rivoluzionare il trattamento del diabete e potrebbe essere lontano solo pochi anni.

Pancreas artificiale all'orizzonte

Un pancreas artificiale potrebbe rivoluzionare il trattamento del diabete e potrebbe essere lontano solo pochi anni.

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Per milioni di persone affette da diabete in tutto il mondo, la vita è un susseguirsi di punture, iniezioni, sbalzi e cali dei livelli di zucchero nel sangue. Ma con la promessa di regolare automaticamente la glicemia, il pancreas artificiale potrebbe cambiare tutto questo.

"Il pancreas artificiale rivoluzionerà il trattamento del diabete", afferma Eric Renard, MD, PhD, professore di endocrinologia, diabete e metabolismo presso la Montpellier Medical School di Montpellier, Francia. "Preverrà le complicazioni del diabete [che comprendono cecità, insufficienza renale, amputazioni, malattie cardiache e morte]. E la qualità della vita migliorerà enormemente, perché le persone non dovranno pungersi e controllarsi continuamente", afferma Renard, che sta conducendo il primo studio clinico del dispositivo.

Il pancreas artificiale è progettato per aiutare i pazienti affetti da diabete di tipo 1 a mantenere i livelli di zucchero nel sangue entro i limiti della norma, un fattore critico per prevenire le complicanze del diabete, spiega Renard.

L'organo artificiale è composto da tre parti, che devono funzionare tutte in perfetta sincronia: un sensore che monitora continuamente i livelli di zucchero nel sangue o nei tessuti, una pompa per l'infusione di insulina e un algoritmo computerizzato che controlla l'erogazione dell'insulina minuto per minuto in base alla glicemia misurata, spiega Jeffrey I. Joseph, DO, direttore del Centro per il pancreas artificiale della Thomas Jefferson University di Philadelphia. Il sensore trasmette le informazioni al microinfusore, che eroga la giusta quantità di insulina.

Un dispositivo completamente automatizzato e integrato probabilmente non sarà pronto per la prima serata per almeno quattro anni, forse di più. Ma "ci stiamo arrivando un passo alla volta", dice Joseph, con ricercatori di tutto il mondo che stanno testando vari componenti del sistema da soli o in combinazione.

Il microinfusore di insulina fa un passo avanti

Il più avanzato nello sviluppo è il microinfusore di insulina, che viene indossato su una cintura o totalmente impiantato nel corpo. Il microinfusore esterno è già utilizzato da migliaia di persone affette da diabete in tutto il mondo, mentre il microinfusore impiantabile è stato approvato in Europa ed è in fase di sperimentazione clinica negli Stati Uniti.

Lo sviluppo del microinfusore impiantabile è stato un importante passo avanti, afferma Renard, con studi che hanno dimostrato vantaggi significativi rispetto alle iniezioni multiple giornaliere di insulina nel controllo dei livelli di zucchero nel sangue e nel miglioramento della qualità della vita.

Prodotto dalla Medtronic MiniMed di Northridge, in California, il dispositivo, delle dimensioni di un disco da hockey, viene impiantato sotto la pelle dell'addome, da dove eroga l'insulina all'organismo, "proprio come un vero pancreas", spiega Renard.

Lori Hahn, una californiana di 41 anni che soffre di diabete da più di dieci anni, afferma che il microinfusore impiantabile le ha cambiato la vita. "Prima del microinfusore, la mia vita era una montagna russa, sia dal punto di vista della glicemia che da quello emotivo", afferma Hahn, che sta partecipando a uno studio clinico negli Stati Uniti. Mi sentivo fuori controllo e dovevo concentrare gran parte del mio tempo sul controllo della glicemia".

"Con il microinfusore impiantabile, posso dimenticare di essere diabetica", afferma Hahn, moglie lavoratrice e madre di tre giovani attivi.

Il microinfusore, che utilizza un'insulina appositamente formulata, viene ricaricato ogni due o tre mesi. Il microinfusore eroga l'insulina in brevi dosi durante la giornata, come un pancreas. È inoltre programmato per erogare quantità maggiori di insulina durante i pasti. Prima di un pasto o di uno spuntino, la pressione di un pulsante sul comunicatore del microinfusore personale, delle dimensioni di un cercapersone, indica al microinfusore di erogare una dose di insulina.

Il sistema intelligente è un'importante pietra miliare

Altre ricerche si concentrano sul miglioramento della comunicazione tra il sensore di glucosio e il microinfusore di insulina esterno. Secondo Joseph, un'importante pietra miliare è stata raggiunta quest'estate, quando la FDA ha approvato uno dei primi sistemi intelligenti che consente ai due sistemi di comunicare tramite una connessione wireless.

Questi sistemi eliminano molte congetture sul dosaggio dell'insulina.

Tradizionalmente, i pazienti dovevano pungersi le dita e mettere il sangue su una striscia per ottenere il valore della glicemia, stimare quanti grammi di carboidrati avevano in programma di mangiare e calcolare mentalmente la quantità di insulina necessaria. Il sistema lasciava molto spazio all'errore: un calcolo sbagliato poteva portare a livelli di glicemia pericolosamente alti o bassi.

Con il sistema Paradigm, recentemente approvato, che combina il microinfusore di insulina MiniMed di Medtronic e un monitor del glucosio di Becton Dickinson, i pazienti si pungono ancora le dita per misurare i livelli di zucchero nel sangue. Ma il monitor del glucosio, grande come un cercapersone, trasmette le informazioni direttamente al microinfusore di insulina. Il microinfusore calcola quindi la quantità di insulina necessaria per la glicemia corrente. Facendo in modo che il microinfusore calcoli la dose necessaria, si potrebbero evitare gli errori che a volte si verificano quando i pazienti inseriscono questi dati manualmente".

"Spetta al paziente decidere se la quantità suggerita è corretta e premere un pulsante per erogare la dose raccomandata", afferma Joseph. "Non si tratta di un pancreas artificiale, perché non è completamente automatizzato. Ma è un importante passo avanti in termini di praticità e ha il potenziale per migliorare il controllo della glicemia in ambito clinico".

Misurazione dei livelli di zucchero nel sangue

Secondo Joseph, circa due dozzine di aziende e laboratori accademici stanno sviluppando sensori di glucosio. Alcuni sono sensori di glucosio nel sangue, altri sono sensori di glucosio nel fluido tissutale; alcuni sono posizionati sotto la pelle dal paziente, altri sono impiantati a lungo termine nel corpo.

Sebbene i sensori di glucosio siano migliorati in modo significativo negli ultimi anni, sono ancora il fattore limitante nella realizzazione del pancreas artificiale.

Steve Lane, PhD, capo programma ad interim del Medical Technologies Program presso il Lawrence Livermore National Laboratory del Dipartimento dell'Energia, è d'accordo.

"Quasi certamente l'obiettivo di produrre un pancreas artificiale sarà raggiunto", afferma Lane, il cui dipartimento ha lavorato a un prototipo di pancreas artificiale in collaborazione con MiniMed. "Ma ci sono degli ostacoli da superare, il principale dei quali è il rilevamento del glucosio. Ad oggi, nessuno ha sviluppato un modo infallibile per rilevare il glucosio".

Animas Corp. sta sviluppando un sensore ottico di glucosio impiantabile. In studi su animali e sull'uomo, il dispositivo ha misurato accuratamente i livelli di zucchero nel sangue utilizzando l'ottica a infrarossi.

"Una testa di sensore in miniatura viene posizionata intorno a un vaso sanguigno e una sorgente di luce viene focalizzata attraverso il sangue fino a un rilevatore", spiega Joseph. "L'assorbimento della luce a specifiche lunghezze d'onda infrarosse determina la concentrazione di zucchero nel sangue".

Un ulteriore sviluppo è rappresentato dai sensori di glucosio impiantabili a breve e lungo termine di Medtronic MiniMed, progettati per misurare continuamente il livello di zucchero nel fluido tissutale o nel sangue.

Testato il primo pancreas artificiale

In Francia, Renard sta conducendo la prima sperimentazione clinica di un pancreas artificiale, un sistema completamente automatizzato che combina il sensore di glucosio a lungo termine e la pompa di insulina impiantabile di Medtronic MiniMed.

Con una piccola procedura chirurgica, il sensore impiantabile viene inserito in una vena del collo che porta al cuore. Il sensore è collegato al microinfusore di insulina impiantabile tramite un filo elettrico posto sotto la pelle: Quando i livelli di zucchero nel sangue fluttuano, un segnale indica al microinfusore la quantità di insulina da somministrare.

"Il paziente non deve fare nulla", afferma Renard. "È tutto automatico. Anche se si sta mangiando un pasto ad alto contenuto di carboidrati, il sensore darà il segnale appropriato per somministrare più insulina".

Renard afferma che i dati dei primi cinque pazienti che hanno utilizzato il dispositivo per almeno sei mesi mostrano che il sensore ha misurato accuratamente il glucosio nel 95% dei casi rispetto ai valori ottenuti con gli stick da dito.

"Il nostro obiettivo era raggiungere un'accuratezza del 90%, quindi il risultato è molto preciso", afferma.

Inoltre, i livelli di zucchero nel sangue sono stati mantenuti nell'intervallo di normalità per oltre il 50% del tempo nei pazienti che utilizzavano il microinfusore collegato al sensore, rispetto al 25% circa dei pazienti che utilizzavano i valori del polpastrello per regolare la somministrazione di insulina dal microinfusore impiantabile.

Inoltre, il rischio di un crollo della glicemia, noto come ipoglicemia, a livelli pericolosamente bassi - un'eventualità che si verifica ogni volta che viene somministrata insulina supplementare - è sceso a meno del 5%, afferma Renard.

Tra i prossimi passi, dice Renard, c'è quello di rendere il sensore più duraturo, in modo da doverlo cambiare solo ogni due o tre anni. Mentre i microinfusori di insulina impiantabili funzionano in media per otto anni prima di dover essere sostituiti, i sensori smettono di funzionare in media dopo nove mesi.

Tuttavia, per Renard si tratta di un ostacolo facile da superare. "Utilizzeremo semplicemente un materiale diverso e lo renderemo più resistente", afferma.

Ma Joseph sostiene che questo potrebbe rappresentare una sfida formidabile: "Molti anni di ricerca [dimostrano che] i sensori tendono a guastarsi nel giro di mesi piuttosto che di anni, a causa dell'ambiente ostile del corpo".

Anche i programmi matematici che calcolano la quantità di insulina da somministrare nei diversi momenti della giornata devono essere perfezionati, afferma Renard. "Al momento, il microinfusore di insulina consente a un diabetico di trascorrere circa metà della giornata in condizioni di glicemia normale, proprio come un non diabetico. Ma questo significa che non ha il controllo del restante 50%, che è un po' troppo alto".

Ma anche in questo caso, dice, si tratta di un problema facile da risolvere. "Il problema principale è avere un sensore preciso, e noi lo abbiamo ora. Entro due anni dovremmo averne uno che funziona meglio e più a lungo, e dopo sarà disponibile a livello clinico".

Joseph è d'accordo. "Hanno dimostrato la fattibilità di far dialogare il sensore di glucosio con la pompa di insulina, che somministra automaticamente l'insulina - e questo è un pancreas artificiale".

"È perfetto? Assolutamente no. Ma ci stiamo arrivando".