giovedì 28 gennaio 2021

DIABETE TIPO 1 - PANCREAS ARTIFICIALE - L'OBIETTIVO E' PIU' VICINO

 

DIABETE TIPO 1 - PANCREAS ARTIFICIALE
da Diabete.com

 

https://www.diabete.com/6-domande-sul-pancreas-artificiale/



https://www.diabete.com/pancreas-artificiale-grazie-alla-bioingegneria-biorobotica/




6 domande sul Pancreas Artificiale



Il progetto FORGET DIABETES (“Dimentica il diabete”) – coordinato dal prof. Claudio Cobelli, professore emerito di Bioingegneria all’Università di Padova – punta sulla bioingegneria e biorobotica per la creazione di un pancreas artificiale impiantabile.

Con la consulenza del prof. Claudio Cobelli**, Professore Emerito di Bioingegneria dell’Università di Padova

Leggere anche l’articolo nel link: https://www.diabete.com/pancreas-artificiale-grazie-alla-bioingegneria-biorobotica/

Pancreas artificiale: che cos’è? Quali sono i suoi componenti? Come funziona? La sua funzione è sovrapponibile a quella fisiologica delle cellule beta delle isole di Langherans del pancreas? Esistono diversi tipi di pancreas artificiale? Quali sono i limiti attuali del pancreas artificiale?

A queste domande risponde di seguito il Prof Claudio Cobelli, che sta lavorando al progetto Forget Diabetes (“Dimentica il diabete”) di cui parliamo in un altro articolo (link più sopra).

1. Pancreas artificiale: che cosa s’intende?

Il pancreas artificiale – definito in termini tecnici: sistema di controllo della glicemia ad ansa chiusa “closed-loop system” – è un sistema integrato in continua evoluzione che ha l’obiettivo di sostituire la funzione endocrina del pancreas, che è compromessa nei pazienti con diabete, in particolare nei soggetti con diabete tipo 1. Il pancreas artificiale è un complesso di una pompa per l’infusione sottocutanea “automatica” di insulina sulla base della concentrazione di glucosio del momento, misurata in continuo da un sensore nel fluido interstiziale (non esistono in commercio sistemi ad infusione e.v.).

2. Quali sono i componenti base del pancreas artificiale?

Il sistema è composto da tre elementi principali, connessi in modalità wireless:

un sensore sottocutaneo per la lettura in continuo del glucosio;

un microinfusore per la somministrazione di insulina;

un algoritmo di controllo che può essere integrato con il microinfusore o essere associato a un’unità separata, per esempio un telefono. L’algoritmo è l’elemento chiave per il funzionamento del pancreas artificiale in quanto determina la quantità di insulina da infondere sottocute in un paziente sulla base del valore di glucosio registrato dal sensore nel fluido interstiziale. Nel tempo sono stati proposti diversi algoritmi ma sono due ad essere comunemente usati: il PID (Proportional-Integral-Derivative) e l’MPC (Model Predictive of Control).

La maggior parte degli algoritmi di controllo contiene moduli di sicurezza finalizzati ad evitare un’infusione eccessiva di insulina.

 3. La funzione del pancreas artificiale è sovrapponibile a quella delle cellule beta delle isole pancreatiche?

Allo stato attuale, la performance del pancreas artificiale è inferiore a quella delle cellule beta pancreatiche; questo perché l’insulina iniettata sottocute dal microinfusore agisce in ritardo rispetto all’insulina rilasciata fisiologicamente nel circolo portale (vena porta) che passa direttamente per il fegato, cosa che non avviene con l’insulina somministrata sottocute. Nella differente prestazione entrano in gioco anche limiti correlati all’efficienza del sensore che rileva la concentrazione di glucosio nel fluido interstiziale e non direttamente nel sangue arterioso (vedi figura).

4. Il Pancreas artificiale come funziona?

Il pancreas artificiale migliora la vita dei pazienti con diabete tipo 1 che non sono più costretti a controllare manualmente il livello di glicemia nel sangue più di 10 volte al giorno.

L’uso di un sistema ad ansa chiusa (closed-loop) consente alla persona con diabete tipo 1 di delegare al sistema lo sgradito compito di iniettarsi insulina ogni giorno; è il pancreas artificiale che lo fa, regolando in autonomia il livello di zuccheri nel sangue, ovvero abbassandoli quando il sensore li rileva troppo alti (picchi di iperglicemia) e non facendoli scendere ulteriormente se tendono ad abbassarsi troppo (picchi di ipoglicemia). In definitiva, consente di ottenere un miglior controllo della glicemia e un time in range superiore (si stima un aumento di circa due ore e mezza ogni giorno di glicemia in un range normale in confronto agli altri trattamenti) obiettivo da considerarsi rilevante per ridurre il rischio di complicanze diabetiche croniche e per evitare i temuti episodi di ipoglicemia.

5. Esistono diversi tipi di pancreas artificiale?

Ad oggi, esistono due sistemi principali di Automated-Insulin Delivery (AID) Systems o closed-loop (o “catena chiusa”), il più diffuso definito “hybrid closed-loop” e quello definito “full closed-loop”.

Il sistema ibrido consente di controllare in modo automatico l’infusione sottocutanea di insulina basale ma richiede l’intervento manuale al momento del pasto: il paziente deve inserire nel sistema informazioni sull’introito di carboidrati del singolo pasto (calcolo dei carboidrati o conta CHO) e confermare le unità di bolo di insulina calcolate dal sistema. I sistemi ibridi attualmente in uso mostrano la massima efficacia lungo il digiuno notturno, garantendo circa l’80% del tempo del glucosio tra i 70 e i 180 mg/dl (Time In Range, TIR), superando di oltre 10 punti in percentuale i primi sistemi integrati microinfusore-sensore (Sensor Augmented Pump, SAP).

I sistemi ibridi closed-loop attualmente in commercio sono mono-ormonali ovvero infondono in via sottocutanea solo insulina ma già dal 2014 si stanno sperimentando con ottime prospettive sistemi bi-ormonali closed-loop che utilizzano due ormoni: insulina e glucagone. Gli studi in corso hanno confermato l’efficacia di questi sistemi e la superiorità sia rispetto alla terapia con microinfusore che con sistema ibrido mono-ormonale (insulina s.c.) in particolare nel prevenire episodi di ipoglicemia in corso o dopo attività fisica o boli prandiali,

Il pancreas artificiale completo è totalmente automatico, non richiede quindi interventi da parte del paziente ma compensa in modo automatico gli effetti di ogni pasto (e di ogni altro fattore condizionante: attività fisica, stress, ciclo mestruale etc) in relazione all’impatto che esso determina sulla concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia). Al momento attuale, l’infusione sottocutanea di insulina garantita dal microinfusore non è così rapida da poter garantire un buon controllo in tutte le situazioni. Proprio per questo vengono al momento utilizzati soprattutto modelli ibridi anche se la sperimentazione con quelli completi continua.

6. Quali sono i limiti attuali del Pancreas Artificiale?

I sistemi closed-loop attualmente disponibili mostrano ancora alcuni limiti tecnici che gli addetti ai lavori stanno cercando costantemente di migliorare. Facciamo alcuni esempi:

ritardo nell’assorbimento dell’insulina iniettata sottocute con conseguente ritardo dell’inizio dell’azione farmacologica rispetto alle necessità e limitazioni al controllo glicemico ai pasti e durante l’attività fisica;

complessità del sistema [in particolare per i sistemi bi-ormonali – ad oggi ancora sperimentali – che oltre all’insulina infondono anche glucagone;

scarsa accettazione nel tempo da parte del paziente con diabete che deve “indossare” più dispositivi, sostituire ogni giorno l’insulina e risolvere eventuali problemi tecnici, sia di connessione che meccanici. Al momento non ci sono studi sull’impatto psicologico dei nuovi sistemi;

necessità di intervento della persona con diabete per l’erogazione del bolo e stima della quantità dei carboidrati del pasto (sistemi ibridi).

Ci sono sicuramente ancora molti passi avanti da fare per realizzare un pancreas artificiale pienamente soddisfacente e disponibile su larga scala a costi sostenibili dal Sistema Sanitario ma ogni giorno possiamo considerarci più vicini all’obiettivo.

https://www.diabete.com/pancreas-artificiale-grazie-alla-bioingegneria-biorobotica/


Pancreas artificiale bionico impiantabile. Grazie alla bioingegneria e biorobotica, l’obiettivo sembra più vicino

25 Gennaio 2021

Con la consulenza del prof. Claudio Cobelli**, Università di Padova

 Il progetto FORGET DIABETES (“Dimentica il diabete”) – coordinato dal prof. Claudio Cobelli, professore emerito di Bioingegneria all’Università di Padova e che coinvolge 7 centri Europei – punta sulla bioingegneria e biorobotica per la creazione di un pancreas artificiale impiantabile. Patrocinato per 4 milioni di euro dalla Commissione Europea, all’interno del Programma di ricerca in bioingegneria Future & Emerging Technologies Proactive (FET Proactive)­ Horizon 2020, Forget Diabetes si svilupperà nei prossimi quattro anni (dal 1° ottobre 2020 a marzo 2025, 54 mesi). Saranno anni decisivi per arrivare all’utilizzo clinico – anche da parte dei bambini con diabete tipo 1 – di questo pancreas artificiale, un sensore miniaturizzato impiantato nel peritoneo e una pompa rivoluzionaria impiantata per l’infusione di insulina nel peritoneo. Un progetto particolarmente innovativo, ne abbiamo parlato direttamente con il prof. Cobelli, e continueremo ad aggiornarci periodicamente sulle novità di questo pancreas artificiale.

FORGET DIABETES: un progetto molto ambizioso a partire dal nome…

Si, è un progetto particolarmente innovativo che vuole dare speranza, speranza concreta a chi soffre di diabete di tipo 1, una malattia cronica ancora senza una cura definitiva: in Italia colpisce circa 300.000 persone di cui circa 18.000 bambini.

·          Chi soffre di diabete di tipo 1 dipende dall’insulina.

·          Ogni anno deve effettuare 3000 punture del dito per il controllo della glicemia e circa 1800 iniezioni di insulina.

·          Ad ogni pasto, deve calcolare la dose di insulina da iniettarsi sulla base della quantità di carboidrati (Calcolo di CHO) che verrà consumata.

La tecnologia  per il diabete (sensoripompe per insulina, modelli, algoritmi di controllo) ha fatto passi da gigante negli ultimi 10 anni  per migliorare la gestione quotidiana della malattia e la qualità di vita di chi ne soffre ma c’è ancora molto lavoro da fare.

 … così all’avanguardia da ricevere un finanziamento dalla Commissione Europea

Siamo molto onorati di aver ricevuto un cospicuo contributo  – 4 milioni di euro – per finanziare questo rivoluzionario progetto, il primo in assoluto nel suo genere, dalla Commissione Europea nell’ambito del programma Future & Emerging Technologies Proactive (FET Proactive) – Horizon 2020. Tale programma si rivolge rivolto a  proposte di  tecnologie rivoluzionarie e all’avanguardia, sviluppate in un contesto multidisciplinare al fine di fare emergere un eco-sistema innovativo basato su un nuovo paradigma tecnologico, e devono essere ad alto rischio/alto rendimento (high risk/high gain). Una bella sfida per noi, e speriamo di vincerla!

 

Che cosa prevede nella pratica il Progetto?

FORGETDIABETES introduce un approccio al trattamento del diabete tipo 1 radicalmente nuovo, grazie alla realizzazione di un Pancreas Invisibile Bionico (BIP), totalmente impiantato ed autonomo, immuno-ottimizzato.

Il progetto FORGET DIABETES prevede la realizzazione di un sistema integrato “sensore per glicemia + pompa per infusione di insulina” che per le dimensioni altamente miniaturizzate potrà essere impiantato all’interno dell’addome.

 

Un approccio radicalmente nuovo al diabete tipo 1

È vero, FORGET DIABETES inaugura un approccio all’avanguardia, impensabile per anni, molto innovativo al trattamento del diabete tipo 1 (T1D), sviluppando un pancreas bionico “invisibile” dall’esterno [Bionic Invisible Pancreas (BIP)**], impiantabile nell’addome, totalmente automatico, ottimizzato dal punto di vista immunologico.

Il pancreas bionico impiantato nell’addome ha come obiettivo il rilascio dell’insulina nel peritoneo (e non sottocutaneo), consentendo un controllo glicemico più rapido e più vicino al controllo fisiologico. Il numero di pazienti con diabete tipo 1 (TD1) è in continuo aumento, le stime parlano di  63-94 milioni di persone nel 2045. I pazienti con T1D richiedono insulina esogena, il che si traduce in un numero esorbitante di iniezioni: 100.000-500.000 nella vita di ogni singolo paziente.
Il 
Bionic Invisible Pancreas (BIP) libererà i soggetti con T1D da questa schiavitù e dal relativo carico psicologico. Il BIP diventerà una condizione di vita come indossare un paio di lenti a contatto, consentendo ai pazienti con diabete tipo 1 di migliorare notevolmente la propria qualità di vita. Investendo in iniziative come il progetto  FORGET DIABETES, l’Europa sarà in prima linea nelle innovazioni tecnologiche per il trattamento del T1D.

 Verrà studiato l’impatto del sistema anche dal punto di vista psicologico?

Sì. Anche questo aspetto rafforza l’approccio innovativo di FORGET DIABETES. Nel progetto sono coinvolti psicologi ed esperti di scienze comportamentali che potranno valutare tutti i riflessi psicologici dell’uso di un pancreas bionico sia dal punto di vista del paziente che del diabetologo. Questo aspetto è stato valutato molto positivamente dalla Commissione. Sarà il primo studio a livello europeo a studiare in modo rigoroso anche questi aspetti.

 Un grande risultato per la ricerca di bioingegneria diabetologica

Decisamente. L’Università di Padova, in cui si svilupperà il progetto, è all’avanguardia in ambito mondiale. Nei prossimi 4 anni, i ricercatori padovani lavoreranno in stretta collaborazione con i colleghi dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa per lo sviluppo di un pancreas artificiale completamente impiantabile per la cura del diabete tipo 1 (pancreas bionico).

Per lo sviluppo tecnologico del sistema, ho l’onore di coordinare un team interdisciplinare con i migliori esperti in micro-nano meccatronica, modellazione, ingegneria di controllo, biomateriali, endocrinologia, chirurgia e scienze comportamentali “assemblato” per sviluppare ciò che per decenni è stato considerato impossibile: un sistema integrato “sensore per glicemia + pompa per insulina” dalle dimensioni altamente miniaturizzate che ne consentono l’impianto all’interno dell’addome.”

 La valenza europea del progetto è confermata da altre collaborazioni eccellenti

Collaboriamo con Istituzioni di grande prestigio scientifico e biotecnologico: il Dipartimento di Salute della Donna e del Bambino (DSDB) dell’Università di Padova e l’Istituto di Biorobotica della Scuola Sant’Anna di Pisa e WaveComm SME di Siena per gli sviluppi di bioingeneria; Lifecare, SME, Trondheim (Norvegia), per lo sviluppo del sensore glicemico miniaturizzato; il Centre Hospitalier Universitaire

de Montpellier (Francia), il Pfützner Science & Health Institute GmbHMannheim (Germania) e il Forschungsinstitut der Diabetes-Akademie Bad MergentheimBad (Germania) per gli sviluppi nell’animale e nell’uomo e la valutazione dell’impatto psicologico del sistema.

Il progetto FORGET DIABETES  nella sua globalità è coordinato dal Dipartimento per la Salute della Donna e del Bambino (DSDB) dell’Università di Padova, diretto dal Prof. Giorgio Perilongo. A conclusione del percorso di sviluppo tecnologico, il progetto consentirà allo staff della Diabetologia Pediatrica di Padova, diretta dal Dott. Carlo Moretti, di estendere la sperimentazione a bambini e adolescenti con diabete tipo 1.