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La “bustina di tè” impiantabile in sviluppo rilascia insulina per i bambini con diabete

Klearchos Papas, PhD.

I bambini con diabete di tipo 1 hanno solo un’opzione per controllare il loro livello di zucchero nel sangue: il trattamento con insulina. Devastato da una malattia autoimmune che attacca il proprio pancreas e le isole – microscopici gruppi di cellule che percepiscono la glicemia e producono insulino-pazienti sono costretti a fare affidamento sull’insulina da una fonte esterna.

Ma per i 200.000 giovani che vivono con il diabete di tipo 1 negli Stati Uniti, le iniezioni d’insulina, le penne e le pompe non riescono a gestire perfettamente la glicemia, il che può portare a complicanze a lungo termine. Quando il corpo non riesce a regolare strettamente i livelli di zucchero, come nel diabete, molto può andare storto.

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“L’assenza di questa naturale capacità di regolazione minuto-minuto dei livelli di glucosio può portare a complicazioni a lungo termine, come cecità, amputazione e insufficienza renale”, dice Klearchos Papas, Ph.D., professore nei dipartimenti di chirurgia e imaging medico presso l’Università dell’Arizona College of Medicine-Tucson. “Anche con i dispositivi automatici per la somministrazione di insulina e il monitoraggio continuo della glicemia – il modo migliore per controllare il livello di zucchero nel sangue – si può ancora finire con queste conseguenze.”

Il dott. Papas aggiunge: “È interessante notare che se somministrare insulina in modo aggressivo per aiutare a ridurre e mantenere il livello di zucchero nel sangue nel range di normalità, aumenta il rischio di episodi ipoglicemici potenzialmente gravi o bassi livelli di zucchero nel sangue”.

Negli ultimi due decenni, il dott. Papas ha lavorato a una soluzione per questo problema. In collaborazione con altri scienziati di tutta la nazione, il ricercatore dell’UA ha sviluppato un minuscolo dispositivo impiantabile che rileva i livelli di glucosio e rilascia insulina quando necessario.

Ora, con una donazione di 1,2 milioni di dollari della JDRF, il dottor Papas continuerà a perfezionare e testare il suo dispositivo in preparazione per gli studi clinici sugli esseri umani. Il progetto, che comprende anche un contributo di Novo Nordisk, è in collaborazione con Tom Loudovaris, Ph.D., del St. Vincent’s Institute e Greg Korbutt, Ph.D., dell’Università di Alberta.

Il dispositivo funziona utilizzando un’innovazione medica nota come trapianto di isole. Negli adulti con diabete di tipo 1, le isole vengono prelevate da corpi di donatori e gocciolate nel fegato del paziente, con un interventosimile a una flebo endovenosa o IV.

Alla fine, queste isole iniziano a produrre insulina per il corpo, ma affinché il corpo del paziente accetti le cellule trapiantate, il paziente deve assumere farmaci immunosoppressivi per tutta la vita.

A causa di questa necessità di farmaci immunosoppressori, il trapianto di isole non è raccomandato nei bambini.

“La necessità di una immunosoppressione permanente è una preoccupazione importante”, afferma il dott. Papas, che guida l’UA Institute for Cellular Transplantation. “I bambini sarebbero più suscettibili alle infezioni e il trattamento per tutta la vita potrebbe causare altre gravi condizioni per la salute”.

Per evitare i farmaci immunosoppressori nei bambini e negli adulti, il dispositivo del Dr. Papas può proteggere le insule produttrici di insulina trapiantate dall’attacco del corpo. Le isole donatrici sono collocate all’interno del dispositivo impiantabile, simile a una bustina di tè, che ha uno speciale materiale esterno che protegge le isole dagli attacchi del sistema immunitario.

“È come una bustina di tè”, dice il dott. Papas. “Le foglie di tè rimangono dentro ma il tè, o l’insulina, viene fuori e la bustina di tè tiene fuori le cellule immunitarie che normalmente attaccherebbero le isole”.

Tale tecnologia della bustina di tè è stata esplorata per decenni ma non è ancora stata presentata ai pazienti per l’uso clinico di routine. Uno dei problemi chiave che ha limitato il successo della tecnologia è la grande dimensione della bustina di tè, a un certo punto era analoga a una grande TV a schermo piatto.

Il professore ha anche sviluppato una tecnologia per alimentare l’ossigeno alle cellule dell’isoletta nella bustina di tè per una salute ottimale e la produzione di insulina .

“La cosa unica che portiamo syl piatto è la combinazione di una bustina di tè ottimizzata con il proprio apporto di ossigeno”, afferma il dott. Papas. “Le isole sono più stabili con una fornitura di ossigeno, sopravvivono e funzionano meglio e questo è stato trascurato in passato.”

Secondo i piani attuali, il generatore di ossigeno – la dimensione di un quarto di pila tripla A – verrà impiantato insieme alla bustina di tè dell’isoletta . Le posizioni degli impianti includono sotto la pelle del braccio o della schiena. Il generatore di ossigeno, che utilizzerà la batteria, potrebbe essere ricaricato senza fili o rimozione dal corpo impiegando una tecnologia nota come trasferimento di energia transcutanea.

Se il test ha esito positivo con il sussidio JDRF di due anni, il Dr. Papas potrebbe avviare test clinici con il dispositivo nei prossimi tre o quattro anni.

“Questa non è una pazzia della scienza”, dice. “Crediamo che, dal punto di vista ingegneristico, sia fattibile, le cellule e la biologia sono state la parte difficile e hanno fatto molta strada negli ultimi cinque anni”.

Se portati sul mercato, le isole umane dei donatori saranno collocate nelle bustine di tè, ma il dott. Papas ritiene che presto saranno disponibili le isole prodotte in laboratorio da cellule staminali umane. Nell’ambito dello studio biennale, Novo Nordisk ha donato isolette di cellule staminali umane da testare nelle bustine di tè. In caso di successo, le isole derivate da cellule staminali renderebbero più facile il trattamento di milioni di persone con diabete.

Il rettore della UA Robert C. Robbins, MD, ha detto che è ansioso di vedere il Dr. Papas e il suo team continuare a sviluppare questa promettente tecnologia e portare il dispositivo sul mercato.

“Questo è un incredibile esempio del tipo di ricerca innovativa e collaborativa che si sta svolgendo nel campus UA che è diventato possibile solo di recente con la convergenza dei mondi fisico, biologico e digitale”, ha affermato il Dr. Robbins. “Il lavoro che il dottor Papas e il suo team stanno facendo per aiutare i bambini con diabete è un ottimo esempio dell’uso di nuove tecnologie per migliorare significativamente la qualità della vita dei pazienti, e perché l’UA è pronta per essere un leader nello sviluppo della salute digitale”.

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