Tecno

Insulina intelligente tramite un cerotto può essere d’aiuto per le terapie future

Yanqi Ye,

Un cerotto intelligente per la gestione della terapia del diabete tipo 1, una volta che sarà realizzato per l’uomo, potrebbe eliminare la necessità di eseguire costantemente i test della glicemia e non solo, così da aiutare i diabetici a mantenere un livello compensato del glucosio nel sangue (glicemia).

Yanqi Ye, studente in ingegneria biomedica, è tornata a casa in Cina l’anno scorso quando il suo professore alla North Carolina University, Zhen Gu, le ha chiesto se poteva presentare un documento in occasione di una conferenza internazionale sulle terapie biomedicali nel diabete. Divenne un momento “chiave” per gli studi di Ye, che l’ha aiutata a capire che differenza poteva avere il suo progetto di ricerca nella vita dei diabetici.

In quell’occasione ebbe a illustrare la ricerca su cui stava lavorando nell’ingegneria biomedica: usare un cerotto intelligente per insulina e per rilevare i livelli di glucosio, poi quindi somministrare il farmaco nei topi. Una volta tradotto per l’uomo, potrebbe eliminare la necessità di eseguire costantemente esami del sangue e aiutare i diabetici a mantenere un livello più adeguato di glucosio nel sangue. Anche se il progetto è ancora in sperimentazione animale, l’idea ha impressionato tanto un persona presente alla conferenza che ha invitato suo padre diabetico a venire al meeting per incontrare Ye.

“Il padre con un grave forma di diabete in fase avanzata, ha sofferto molto per il dolore alle gambe, una delle complicazioni diabetiche, e il suo medico l’ha costretto a iniettare l’insulina, ma a lui non piaceva”, ha detto Ye.

Il padre dell’uomo voleva sapere quando il cerotto intelligente per l’insulina poteva essere pronto per l’uso umano. Sebbene le prove umane siano ancora lontane, incontrare una persona che potrebbe trarre beneficio dalla sua ricerca ha ispirato Ye.

La patch di insulina intelligente che Ye sta studiando nei topi combina una nanotecnologia composta da minuscoli micro aghi a forma di piramide con le cellule pancreatiche che rilevano i livelli di glucosio. Gli aghi nella patch, ciascuno dei quali misura 800 micrometri, più lunghi e sottili di un capello umano, penetrano solo nello strato superiore della pelle, rendendoli indolori. Un campione del cerotto del topo in una capsula di Petri; è circa la dimensione di un’unghia, con una serie di aghi, nelle file 11 x 11.

Una patch per uso umano sarebbe più grande, con 30 x 30 file di aghi che potrebbero essere coniche o a forma di piramide. Le cellule pancreatiche nel cerotto rilevano i livelli di glucosio di una persona, quindi somministrano l’insulina attraverso la pelle se necessario.



“In un corpo sano, le cellule pancreatiche regolano l’ormone insulina, i diabetici tipo 1 non possono produrre abbastanza insulina, quindi hanno alti livelli di glucosio a causa dell’insulina scarsa o assente”, ha detto Ye.

Questo cerotto minuscolo potrebbe un giorno aiutare a curare il diabete.

Altre tecnologie, come le pompe per insulina, richiedono ai diabetici di monitorare i propri livelli di zucchero nel sangue. “È difficile controllare e fare una iniezione con precisa quantità di insulina”, ha detto Ye. “Una dose più alta o più bassa può causare complicazioni, come convulsioni, danni al cervello o morte: se l’insulina è poca, può causare cecità o insufficienza renale”.

C’è anche una terapia per i diabetici che prevede il trapianto di cellule pancreatiche nel corpo da donatore per aiutarli a regolare l’insulina, ma la procedura è costosa e invasiva per il paziente. Il cerotto consente lo stesso tipo di terapia, utilizzando le cellule pancreatiche per regolare l’insulina, ma le cellule pancreatiche rimangono all’esterno del corpo nel cerotto intelligente.

Ye è venuts in NC originariamente come studente universitario in un programma di scambio del College of Textiles. Anche allora, aveva un interesse per le fibre biomediche e i dispositivi medici. Aveva sempre desiderato visitare gli Stati Uniti, incalzata da suo padre, un uomo d’affari, che aveva viaggiato molto.

Mentre finiva la sua laurea, ha imparato a conoscere il programma di ingegneria biomedica, un programma congiunto tra NC State, l’Università della Carolina del Nord a Chapel Hill. Gli studenti del programma frequentano i corsi in entrambe le università – c’è persino una navetta che trasporta gli studenti tra i due campus di Raleigh e Chapel Hill, a circa 30 miglia l’una dall’altra.

La ricerca ha avuto un tale successo, che Gu ha co-fondato una società: la Research Triangle Park, Zenomics Inc., con l’obiettivo di commercializzare la tecnologia e renderla disponibile in tutto il mondo. Zenomics ha ricevuto importanti investimenti dalla società cinese MicroPort Scientific.

I risultati di Ye nella scuola di specializzazione vanno oltre il laboratorio. A dicembre 2016, Analytical Instrumentation Facility ha scelto il suo articolo “Microneedles Integrated with Cells Pancreattic and Synthetic Glucose-Signal Amplifiers for Smart Insulin Delivery” come uno dei due “migliori documenti” per il 2016. Il documento è stato originariamente pubblicato su Advanced Materials .

Un anno fa, era uno dei cinque studenti laureati della NC a ricevere i premi della conferenza dalla Graduate Student Association. Ha partecipato all’AnChE Annual Meeting 2016 a San Francisco. Ha anche ricevuto una menzione d’onore per un’immagine di ricerca sottoposta a un concorso di arte scientifica della Research Triangle Nanotechnology Network, una partnership tra NC State, Duke University e UNC-Chapel Hill.

Oltre al cerotto intelligente per l’insulina, Ye sta lavorando su un cerotto immunoterapico per il cancro che usa la melanina contro il melanoma, un tumore della pelle che di solito è letale. Il cerotto vaccinale è stato applicato sulla pelle di topi sani. Anche dopo che le cellule tumorali sono state introdotte nei topi vaccinati, tutti i ratti che sono stati testati erano sopravvissuti per almeno due mesi e l’87% non ha sviluppato alcun tumore. Questo lavoro è stato accettato per la pubblicazione dalla rivista Science Immunology.

Il cerotto potrebbe anche essere usato per somministrare farmaci immunoterapeutici direttamente sul tumore della pelle, attraverso aghi microscopici a forma conica, una terapia che sembra essere efficace nei topi, ha affermato Ye.

Le prove cliniche nell’uomo per entrambe queste tecnologie sono ancora lontane anni, riconosce Ye. Ma incontrare un uomo diabetico in Cina ha rafforzato il suo impegno per la ricerca.

“Certo, spero di vedere la traduzione di questa tecnologia (per la medicina umana)”, ha detto Ye. “Il ricordo più impressionante è sicuramente la conversazione tra me e quel paziente diabetico, che ha acceso la passione per la traduzione di questa tecnologia per il bene del paziente.

“In questo momento, stiamo solo facendo la ricerca in laboratorio, e non abbiamo la possibilità di comunicare con il paziente”, ha detto Ye. “Voglio davvero vedere un giorno la possibilità di lavorare con un’azienda industriale per mettere lo strumento nel mercato affinché il paziente lo usi effettivamente”.

“Un giorno” per Yanqi Ye potrebbe significare continuare la sua ricerca come postdoc o in un laboratorio industriale per tradurre la tecnologia per la medicina umana. E un giorno, forse incontrerà un paziente la cui vita è cambiata attraverso i suoi sforzi di ricerca.

Diabete in aumento

Il numero di persone con diabete è quasi quadruplicato dal 1980. La prevalenza è in aumento in tutto il mondo, in particolare nei paesi a basso e medio reddito. Le cause sono complesse, ma l’aumento è dovuto in parte all’aumento del numero di persone in sovrappeso, tra cui l’obesità e una diffusa mancanza di attività fisica.

Il diabete di tutti i tipi può portare a complicazioni in molte parti del corpo e aumentare il rischio di morire prematuramente. Nel 2012 il diabete è stato la causa diretta di 1,5 milioni di morti a livello globale.

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