Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Pnas del 22 giugno 2015 e descrive la sperimentazione sui topi di un cerotto intelligente all’insulina che potrebbe sostituire la pratica tanto fastidiosa della iniezione e aiutare le persone con diabete a mantenere sotto controllo i livelli di zucchero con estrema facilità.
Stiamo parlando di una invenzione a cui sta lavorando un gruppo di ricercatori americani della University of North Carolina (UNC) e North Carolina State University e co-finanziato dall'American Diabetes Association, consistente in un cerotto (“patch”) all’insulina smart “in grado di rilevare l’aumento dei livelli di zucchero nel sangue e rilasciare dosi di insulina nel sangue in caso di necessità”.
Un dispositivo quindi che svolge due funzioni in una:
- misurazione della glicemia (quindi senza bisogno di apparecchiature esterne come i glucometri e vari sensori) e
- rilascio di insulina in caso di bisogno.
Il cerotto consiste in un quadrato sottile delle dimensioni di una moneta da cinque centesimi su cui sono inseriti un centinaio di microaghi (circa 121) dello spessore delle ciglia e che può essere posizionato in qualsiasi punto del corpo.
I ‘microaghi’ utilizzano due elementi:
- l’acido ialuronico, una sostanza naturale ma anche ingrediente di molti prodotti cosmetici; e il
- 2-nitroimidazole, un composto usato in vari tipi di analisi diagnostiche che diventa idrofilo quando i livelli di ossigeno sono bassi.
Le vescicole - come delle gocce d'olio nell’acqua - sono state poi incorporate nei microaghi, costituti anch’essi di acido ialuronico in forma più rigida.
Quando viene applicato il cerotto, gli aghetti penetrano nella pelle in modo del tutto indolore e svolgono la loro funzione.
Insieme, i due composti formano una molecola all’interno idrorepellente (la parte NI) e all’esterno (la parte HA) al contrario idrofila, cioè amante dell’acqua
Rispetto ad altri sistemi di somministrazione di insulina, come i microinfusori, questo studio è il primo a combinare una patch microneedle (micro aghi) con una reazione biochimica di glucosio-ossigeno per controllare il rilascio di insulina. Più semplicemente l’ossigeno attiva il rilascio di insulina quando i livelli di ossigeno diminuiscono per effetto dell’aumento del glucosio nel capillari sanguigni: infatti lungo le pareti - al cui interno vi sono dei lipidi - vi è il 2-nitroimidazolo che diventa idrofilo quando i livelli di ossigeno sono bassi.
Quindi quando i livelli di glucosio raggiungono un livello critico, inizia la glucosio ossidasi consumandosi ossigeno, creando quindi un ambiente locale ipossico intorno alle nano particelle. Questo fa scattare il 2-nitroimidazole che appunto diventi idrofilo, alterando la conformazione delle nano particelle in modo che si ha il rilascio dell'insulina all'interno.
Caratteristica essenziale quindi è che riescono a capire autonomamente (senza bisogno di apparecchiature esterne) quando c'è una carenza di glucosio nel sangue e a stabilire se e quanta insulina iniettare.
"I nostri microaghi sono intelligenti” … in quanto … “possono rispondere al glucosio al momento giusto", ha detto il coautore Zhen Gu, un ingegnere biochimico presso la University of North Carolina a Chapel Hill (UNC) … e ancora ... "stiamo cercando di imitare la funzione delle cellule beta del pancreas" (che controllano strettamente i livelli di insulina nel corpo per tenere sotto controllo la glicemia) le quali sia producono l’ormone, immagazzinandolo all’interno di vescicole sia funzionano anche come sensori dell’eccesso di glucosio nel sangue ….
“Abbiamo costruito le nostre vescicole artificiali in modo che svolgessero le stesse funzioni servendoci di due materiali facilmente reperibili in natura”, ha dichiarato Jiching Yu, uno degli autori della ricerca.
Lo studio – per il momento sui topi con diabete di tipo 1 - dimostra che le particelle contenenti insulina, che sono esposte ai capillari sanguigni attraverso i microaghi, riescono a mantenere i livelli di glucosio ad un livello normale per molto tempo fino ad un massimo di 9 ore.
Ad un gruppo di topi è stata somministrata l’insulina attraverso il classico sistema delle punture producendosi il controllo della glicemia per breve tempo per poi risalire rapidamente a livelli iperglicemici. Un altro gruppo di topi diabetici, invece, è stato trattato con la patch: i loro livelli di zucchero si sono normalizzati nel sangue nel giro di mezz'ora per mantenersi tali per diverse ore.
Considerato che i topi sono meno sensibili all'insulina rispetto agli esseri umani, i ricercatori ritengono che le patch potrebbero durare anche più a lungo in pazienti umani.
Sono necessari ulteriori test e sperimentazioni cliniche mirate sull’uomo prima di offrire il patch ai pazienti, ma l’approccio è molto promettente, secondo i ricercatori.
“Abbiamo progettato un cerotto per il diabete che funziona velocemente, è facile da usare ed è composto da materiali biocompatibili non tossici”, spiega il co-autore dello studio Zhen Gu, docente della Unc School of Medicine.
I ricercatori affermano che tutto il sistema potrebbe essere personalizzato per tararlo in base al peso e alla sensibilità all’insulina di ciascun paziente diabetico.
Danny Chou, un biochimico presso l'Università dello Utah che ha lavorato anche sulle zone di insulina, ha detto che l'approccio ipossia supera alcuni dei vincoli che limitavano i disegni di patch insulina precedenti, come a seconda delle variazioni nei livelli di pH tant’è che può rappresentare una nuova strada per la terapia del diabete.
Questo è solo l’inizio perché vi sono ancora alcune criticità da risolvere che richiedono spazi miglioramento: i cerotti non sono ancora in grado di rilevare celermente le modifiche del glucosio nel sangue e rilasciare quindi l’insulina contestualmente, come invece fanno le cellule beta del pancreas. Le nano particelle, ha detto, rispondono a livelli di glucosio così alti che lo zucchero deve essere stato in aumento per diversi minuti, mentre le cellule beta rilasciano insulina anche per piccole variazioni di concentrazione di glucosio. Inoltre le cellule beta ricevono molti altri segnali che preannunziano l’innalzamento della glicemia già dal momento in cui inizia la masticazione dell’alimento in modo da rilasciare la giusta quantità di insulina ancor prima del raggiungimento del picco massimo di glucosio nel sangue.
Lo studio continuerà nel testare l’insulina intelligente nei suini, la cui pelle è simile agli esseri umani e che sono abbastanza grandi per valutare come la patch possa essere in grado di regolare l'insulina e il glucosio sistemico anche nell'uomo.
Questa tecnologia è un primo approccio per rilevare bassi livelli di ossigeno; altre tecnologie sempre basate sulle nano particelle simili sono in sviluppo e si basano invece sulla rilevazione variazioni di pH.
Tuttavia resta molto lavoro da fare su questa nuova tecnologia patch e comunque si prevede che dovranno passare almeno “5 anni prima che questo metodo potrebbe essere sul mercato. Per ora, è un concetto interessante, ma non è vicino ad essere pronta per l'uso clinico." (Davide C Klonoff, MD, direttore medico del Diabetes Research Institute di Mills-Penisola servizi sanitari, San Mateo, in California).
Fonti
Caterina Paddock PhD su http://www.medicalnewstoday.com/articles/295747.php
http://www.meteoweb.eu/2015/06/diabete-in-arrivo-cerotti-allinsulina-smart-per-evitare-punture/461988/
http://www.ilgiornale.it/news/cronache/diabete-aghi-arriva-cerotto-smart-1143721.html
http://www.focus.it/scienza/salute/per-i-diabetici-insulina-in-cerotto
http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/43355/title/Next-Generation--Smart-Insulin-Patch/
http://www.medscape.com/viewarticle/847059
http://www.medicalnewstoday.com/articles/295747.php