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Il pancreas artificiale tiene traccia di due ormoni
La gestione del diabete di tipo 1 è un'impresa di organizzazione e controllo. Quanto meglio un diabetico riesce a tenere sotto controllo la glicemia, tanto meno sono probabili complicazioni di salute a lungo termine. Ma anche con dispositivi come le pompe automatiche per insulina, che rilasciano una dose continua di insulina, i diabetici devono comunque ricordarsi di aggiungere una dose extra di insulina ai pasti e molti trascorrono una quantità significativa di tempo ogni giorno con livelli di zucchero nel sangue più alti o inferiore al normale.
Gli scienziati hanno lavorato per sviluppare un sistema di pancreas artificiale che monitorasse i livelli di zucchero nel sangue e li normalizzasse automaticamente, senza alcun input umano. Uno studio clinico preliminare dettagliato questo mese in Scienza Medicina traslazionale segna un progresso significativo nella creazione di un sistema completamente automatizzato. Il sistema è stato in grado di controllare la glicemia in un piccolo gruppo di pazienti diabetici, anche quando i pazienti consumavano pasti ad alto contenuto di carboidrati, che è una delle principali sfide per i sistemi di pancreas artificiale.
La maggior parte dei sistemi di pancreas artificiale in fase di sviluppo accoppiano un monitor della glicemia con una pompa per insulina. Il dispositivo in questo studio aggiunge un altro componente che monitora l'ormone glucagone, che contrasta l'insulina. Il glucagone aiuta a prevenire che i livelli di zucchero nel sangue scendano troppo se viene somministrata troppa insulina. Sebbene i diabetici producano ancora glucagone, non sempre funziona correttamente.
La nostra sensazione è che il glucagone sia un'importante misura extra di sicurezza, afferma Steven Russell , un endocrinologo del Massachusetts General Hospital, che ha co-diretto la ricerca. Russell spiega che l'ipoglicemia può essere un grave problema per i diabetici: paradossalmente, più i diabetici controllano meglio la glicemia, più sono a rischio. L'ipoglicemia, che si verifica quando la glicemia scende troppo, può portare a sudorazione, tremori, vertigini e confusione e in alcuni casi può essere pericolosa per la vita.
Il nuovo studio è stato progettato principalmente per testare un algoritmo sviluppato dal team per prevedere la quantità di insulina e glucagone necessaria per mantenere normali i livelli di zucchero nel sangue. Edoardo Damiano , un bioingegnere della Boston University e co-leader dello studio, afferma che poiché l'insulina viene assorbita ed eliminata lentamente dal corpo, l'algoritmo non può semplicemente rispondere all'attuale livello di zucchero nel sangue, ma deve anche anticipare dove è diretto. Ad ogni dose, tiene traccia dell'aumento di insulina che viene somministrato, così come del decadimento delle dosi precedenti, dice.
Il sistema è stato testato su 11 adulti con diabete di tipo 1 per un periodo di 27 ore, durante le quali i soggetti hanno consumato tre pasti ad alto contenuto di carboidrati. Piuttosto che fare affidamento su un monitor del glucosio sotto la pelle, i ricercatori hanno preso letture dirette della glicemia dal sangue ogni cinque minuti. Il software ha quindi calcolato la quantità di insulina e glucagone necessaria. Le dosi sono state somministrate dagli infermieri.
Nella prima prova, il sistema ha mantenuto i livelli di zucchero nel sangue normali per sei dei soggetti, ma gli altri cinque hanno manifestato ipoglicemia che doveva essere salvata bevendo succo di frutta. I ricercatori hanno scoperto che questi cinque pazienti hanno impiegato molto più tempo del previsto per assorbire ed eliminare l'insulina ricevuta. Quindi hanno regolato i parametri del sistema in modo che corrispondano a un tasso di assorbimento dell'insulina più lento e hanno ritestato gli stessi soggetti. Il sistema è stato quindi in grado di tenere sotto controllo i livelli di zucchero nel sangue di tutti i partecipanti, sebbene i livelli fossero leggermente più alti in coloro che avevano assorbito rapidamente l'insulina nella prima sperimentazione.
Bruce Buckingham , un endocrinologo pediatrico della Stanford University che non è stato coinvolto nel lavoro, afferma che dimostrare che il sistema funziona anche dopo che i soggetti hanno mangiato pasti abbondanti è un risultato chiave. Affrontare i pasti è il vero ostacolo nello sviluppo di qualsiasi pancreas artificiale, dice. Un recente studio di un gruppo dell'Università di Cambridge, nel Regno Unito, ha testato un sistema simile, ma solo durante la notte, quando i pazienti non mangiavano. Buckingham afferma che un'altra sfida per i dispositivi sarà gestire i periodi di esercizio, che causano anche fluttuazioni di zucchero nel sangue.
Il team dietro il nuovo dispositivo sta pianificando un'ulteriore sperimentazione utilizzando un monitor continuo del glucosio approvato dalla FDA e un sistema automatizzato per la somministrazione dei due ormoni. Questa prova confronterà il sistema a doppio ormone con uno a sola insulina e coprirà due giorni e includerà un periodo di esercizio.
Aaron Kowalski , direttore dell'Artificial Pancreas Project presso la Juvenile Diabetes Research Foundation, che ha parzialmente finanziato lo studio, afferma che il sistema insulina-glucagone rappresenta il futuro delle tecnologie del pancreas artificiale. Il nostro obiettivo finale è cercare di avvicinarci il più possibile a una fisiologia umana senza diabete, dice. Ma portare un tale sistema sul mercato sarà impegnativo. Kowalski afferma che non esistono pompe approvate dalla FDA che erogano due sostanze diverse e il glucagone è attualmente utilizzato solo in caso di emergenza quando i pazienti diabetici diventano pericolosamente ipoglicemici: si presenta sotto forma di polvere che deve essere ricostituita.
Nel termine più immediato, Kowalski ritiene che i dispositivi per il pancreas artificiale a base di sola insulina saranno disponibili molto prima. In Europa è già stato approvato un microinfusore per insulina che può spegnersi automaticamente quando la glicemia scende troppo. E il Progetto Pancreas Artificiale sta lavorando con Animas Corporation , che produce monitor del glucosio, su un sistema che monitora la glicemia ma fornisce automaticamente insulina solo quando i livelli di zucchero nel sangue scendono al di sopra o al di sotto di un certo intervallo. Kowalski ritiene che un tale dispositivo, pur non automatizzando completamente la somministrazione di insulina, possa offrire ai diabetici un'assoluta tranquillità.