Diabete: dispositivo impiantabile per proteggere contro l’ipoglicemia

Il nuovo impianto trasporta un serbatoio di glucagone che può essere immagazzinato sotto la pelle e distribuito durante un’emergenza, senza bisogno di iniezioni.

Per le persone con diabete di tipo 1, lo sviluppo dell’ipoglicemia, o basso livello di zucchero nel sangue, è una minaccia sempre presente.

Quando i livelli di glucosio diventano estremamente bassi, si crea una situazione pericolosa per la vita per la quale il trattamento standard di cura consiste nell’iniezione di un ormone chiamato glucagone.

Come backup di emergenza, per i casi in cui i pazienti potrebbero non rendersi conto che la loro glicemia sta scendendo a livelli pericolosi, gli ingegneri del MIT hanno progettato un serbatoio impiantabile che può rimanere sotto la pelle ed essere attivato per rilasciare glucagone quando i livelli di zucchero nel sangue diventano troppo bassi.

Questo approccio potrebbe anche aiutare nei casi in cui l’ipoglicemia si verifica durante il sonno o per i bambini diabetici che non sono in grado di somministrare iniezioni da soli.

“Si tratta di un piccolo dispositivo per eventi di emergenza che può essere posizionato sotto la pelle, dove è pronto ad agire se il livello di zucchero nel sangue del paziente scende troppo”, afferma Daniel Anderson, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT, membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e dell’Institute for Medical Engineering and Science (IMES) del MIT. e l’autore senior dello studio.

“Il nostro obiettivo era quello di costruire un dispositivo sempre pronto a proteggere i pazienti dal basso livello di zucchero nel sangue. Pensiamo che questo possa anche aiutare ad alleviare la paura dell’ipoglicemia di cui soffrono molti pazienti e i loro genitori”.

I ricercatori hanno dimostrato che questo dispositivo potrebbe essere utilizzato anche per erogare dosi di emergenza di epinefrina, un farmaco che viene utilizzato per trattare gli attacchi di cuore e può anche prevenire gravi reazioni allergiche, incluso lo shock anafilattico.

Siddharth Krishnan, un ex ricercatore del MIT che ora è assistente professore di ingegneria elettrica presso la Stanford University, è l’autore principale dello studio, che appare su Nature Biomedical Engineering.

Risposta alle emergenze

La maggior parte dei pazienti con diabete di tipo 1 utilizza iniezioni quotidiane di insulina per aiutare il proprio corpo ad assorbire lo zucchero e prevenire che i livelli di zucchero nel sangue diventino troppo alti.

Tuttavia, se i livelli di zucchero nel sangue si abbassano troppo, sviluppano ipoglicemia, che può portare a confusione e convulsioni e può essere fatale se non trattata.

Per combattere l’ipoglicemia, alcuni pazienti portano con sé siringhe precaricate di glucagone, un ormone che stimola il fegato a rilasciare glucosio nel flusso sanguigno.

Tuttavia, non è sempre facile per le persone, in particolare per i bambini, sapere quando stanno diventando ipoglicemici.

“Alcuni pazienti possono percepire quando stanno avendo un basso livello di zucchero nel sangue e andare a mangiare qualcosa o darsi glucagone”, dice Anderson.

“Ma alcuni non sono consapevoli di essere ipoglicemici e possono semplicemente scivolare nella confusione e nel coma. Questo è anche un problema quando i pazienti dormono, poiché dipendono dagli allarmi del sensore di glucosio per svegliarli quando lo zucchero scende pericolosamente”.

Per facilitare il contrasto dell’ipoglicemia, il team del MIT ha deciso di progettare un dispositivo di emergenza che potrebbe essere attivato dalla persona che lo utilizza o automaticamente da un sensore.

Il dispositivo, che ha le dimensioni di circa un quarto, contiene un piccolo serbatoio di farmaco realizzato con un polimero stampato in 3D.

Il serbatoio è sigillato con un materiale speciale noto come lega a memoria di forma, che può essere programmato per cambiare forma quando riscaldato.

In questo caso, il ricercatore ha utilizzato una lega di nichel-titanio programmata per arricciarsi da una lastra piatta a forma di U quando riscaldata a 40 gradi Celsius.

Come molti altri farmaci proteici o peptidici, il glucagone tende a scomporsi rapidamente, quindi la forma liquida non può essere immagazzinata a lungo termine nel corpo.

Invece, il team del MIT ha creato una versione in polvere del farmaco, che rimane stabile molto più a lungo e rimane nel serbatoio fino al rilascio.

Ogni dispositivo può trasportare una o quattro dosi di glucagone e include anche un’antenna sintonizzata per rispondere a una frequenza specifica nella gamma di radiofrequenza.

Ciò consente di attivarlo a distanza per attivare una piccola corrente elettrica, che viene utilizzata per riscaldare la lega a memoria di forma.

Quando la temperatura raggiunge la soglia dei 40 gradi, la lastra si piega a forma di U, rilasciando il contenuto del serbatoio.

Poiché il dispositivo è in grado di ricevere segnali wireless, potrebbe anche essere progettato in modo che il rilascio del farmaco venga attivato da un monitor del glucosio quando la glicemia di chi lo indossa scende al di sotto di un certo livello.

“Una delle caratteristiche principali di questo tipo di sistema digitale di somministrazione dei farmaci è che è possibile farlo parlare con i sensori”, afferma Krishnan.

“In questo caso, la tecnologia di monitoraggio continuo del glucosio utilizzata da molti pazienti è qualcosa con cui sarebbe facile interfacciarsi per questi tipi di dispositivi”.

Invertire l’ipoglicemia

Dopo aver impiantato il dispositivo in topi diabetici, i ricercatori lo hanno utilizzato per innescare il rilascio di glucagone mentre i livelli di zucchero nel sangue degli animali stavano diminuendo.

Entro meno di 10 minuti dall’attivazione del rilascio del farmaco, i livelli di zucchero nel sangue hanno iniziato a stabilizzarsi, consentendo loro di rimanere entro l’intervallo normale e di evitare l’ipoglicemia.

I ricercatori hanno anche testato il dispositivo con una versione in polvere di epinefrina.

Hanno scoperto che entro 10 minuti dal rilascio del farmaco, i livelli di epinefrina nel sangue diventavano elevati e la frequenza cardiaca aumentava.

In questo studio, i ricercatori hanno tenuto i dispositivi impiantati per un massimo di quattro settimane, ma ora hanno in programma di vedere se possono prolungare tale tempo fino ad almeno un anno.

“L’idea è che si avrebbero dosi sufficienti in grado di fornire questo evento di salvataggio terapeutico per un periodo di tempo significativo. Non sappiamo esattamente cosa sia, forse un anno, forse qualche anno, e stiamo attualmente lavorando per stabilire quale sia la durata ottimale. Ma poi, dopo, avrebbe dovuto essere sostituito”, dice Krishnan.

In genere, quando un dispositivo medico viene impiantato nel corpo, attorno al dispositivo si sviluppa tessuto cicatriziale, che può interferire con la sua funzione.

Tuttavia, in questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che anche dopo che il tessuto fibrotico si è formato attorno all’impianto, sono stati in grado di innescare con successo il rilascio del farmaco.

I ricercatori stanno ora pianificando ulteriori studi sugli animali e sperano di iniziare a testare il dispositivo in studi clinici entro i prossimi tre anni.

“È davvero emozionante vedere il nostro team raggiungere questo obiettivo, che spero un giorno aiuterà i pazienti diabetici e potrebbe fornire più in generale un nuovo paradigma per la somministrazione di qualsiasi medicina d’emergenza”, afferma Robert Langer, professore del David H. Koch Institute al MIT e autore dell’articolo.

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