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/
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 (sensori, pompe
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 GmbH, Mannheim (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.
