Tecno

Un approccio all-in-one per il trattamento del diabete

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Gli ingegneri del MIT stanno lavorando a un nuovo tipo di dispositivo che potrebbe semplificare il processo di misurazione della glicemia e iniezione di insulina

Prima di consumare un pasto, molte persone con diabete hanno bisogno di iniettarsi l’insulina. Questo è un processo che richiede molto tempo e spesso richiede la stima del contenuto di carboidrati del pasto, il prelievo di sangue per misurare i livelli di glucosio nel sangue e quindi il calcolo e la somministrazione della dose di insulina corretta.

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Questi passaggi, che in genere devono essere ripetuti ad ogni pasto, rendono difficile per molti pazienti diabetici attenersi al proprio regime di trattamento. Un team di ricercatori del MIT ha ora escogitato un nuovo approccio per semplificare il processo e aiutare i pazienti a mantenere livelli di glucosio sani.

“Qualsiasi intervento che renda più facile per i pazienti ricevere la terapia può avere un impatto enorme, perché ci sono molteplici barriere che hanno a che fare con il tempo, i disagi, la destrezza o l’apprendimento e la formazione”, afferma Giovanni Traverso, Karl van Tassel Career Development Professore assistente di ingegneria meccanica al MIT e gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital. “Se siamo in grado di superare queste barriere attraverso l’implementazione di nuove soluzioni ingegneristiche, sarà più facile per i pazienti ricevere quella terapia”.

Traverso ei suoi colleghi hanno progettato due diversi dispositivi in ??grado di semplificare il processo di calcolo e iniezione della corretta dose di insulina. Uno, che combina molti dei passaggi esistenti in un unico dispositivo, potrebbe essere utilizzato nei pazienti nel prossimo futuro. Il loro secondo prototipo incorpora un’elettronica flessibile sulla superficie di un ago in modo che la misurazione del sangue e la somministrazione di insulina possano avvenire attraverso lo stesso ago. Ciò potrebbe eventualmente rendere il processo di gestione del diabete ancora più snello.

I postdoc del MIT Hen-Wei Huang e Sean You, e gli studenti in visita Luca Di Tizio e Canchen Li, sono gli autori principali dell’articolo, apparso di recente sul  Journal of Controlled Release .

Un team di ingegneri del MIT e del Brigham and Women’s Hospital ha sviluppato una serie di sistemi all-in-one automatizzati per il monitoraggio dei carboidrati, il monitoraggio del glucosio e la somministrazione di insulina. Questi sistemi integrano visione artificiale, sviluppo di dispositivi medici, elettronica flessibile e test preclinici significativi per dimostrare questi sistemi all-in-one.

Dispositivo tutto compreso

Il diabete colpisce 34 milioni di persone negli Stati Uniti e più di 400 milioni di persone nel mondo. I pazienti diabetici usano spesso due tipi di insulina per controllare i livelli di zucchero nel sangue: l’insulina ad azione prolungata, che aiuta a controllare i livelli di glucosio nell’arco di 24 ore, e l’insulina ad azione breve, che viene iniettata durante i pasti. I pazienti misurano prima i livelli di glucosio nel sangue con un glucometro, che richiede la puntura del dito per prelevare il sangue e il posizionamento di una goccia di sangue su una striscia reattiva. Devono anche stimare quanti carboidrati ci sono nel loro pasto e combinare queste informazioni con i loro livelli di glucosio nel sangue per calcolare e iniettare la giusta dose di insulina.

Le tecnologie esistenti come i monitor continui della glicemia e le pompe per insulina possono aiutare con alcune parti di questo processo. Tuttavia, questi dispositivi non sono ampiamente disponibili, quindi la maggior parte dei pazienti deve fare affidamento su punture di dita e siringhe.

“Ogni giorno, molti pazienti devono eseguire questa procedura complicata almeno tre volte”, afferma Huang. “L’obiettivo principale di questo progetto è cercare di facilitare tutte queste complesse procedure e anche di eliminare la necessità di più dispositivi. Abbiamo anche utilizzato una fotocamera per smartphone e il deep learning per creare un’app che identifica e quantifica il contenuto di cibo, che può aiutare nel conteggio dei carboidrati”.

Il team di ricerca ha ideato due diversi tipi di dispositivi “tutto in uno”, che incorporano entrambi la nuova app per smartphone. I pazienti prima scattano una foto del cibo e l’app può quindi stimare il volume del cibo e anche la quantità di carboidrati, in base alle informazioni sui nutrienti da un database USDA.

Il primo dispositivo all-in-one progettato dai ricercatori consolida molti degli strumenti esistenti che i pazienti utilizzano ora, inclusa una lancetta per prelevare le strisce reattive del sangue e del glucosio. Una volta eseguita la misurazione della glicemia, il dispositivo trasmette le informazioni all’app dello smartphone tramite Bluetooth e l’app calcola la dose di insulina corretta. Il dispositivo include anche un ago che inietta la giusta quantità di insulina.

“Quello che il nostro dispositivo sta facendo è automatizzare le procedure per pungere la pelle, raccogliere il sangue, calcolare il livello di glucosio ed eseguire il calcolo e l’iniezione di insulina”, afferma Huang. “Il paziente non ha più bisogno di un pungidito, di un glucometro e di una penna per insulina separati”.

Molti dei componenti inclusi in questo dispositivo sono già approvati dalla FDA, ma il dispositivo non è stato ancora testato su pazienti umani. I test sui suini hanno dimostrato che il sistema potrebbe misurare con precisione i livelli di glucosio e dispensare insulina.

Un solo colpo

Per il loro secondo dispositivo, i ricercatori volevano escogitare un sistema che richiedesse solo una puntura dell’ago. Per raggiungere questo obiettivo, hanno progettato un nuovo sensore di glucosio che potrebbe essere incorporato nello stesso ago utilizzato per l’iniezione di insulina.

“L’idea sarebbe che se potessimo integrare il sensore di glucosio direttamente sulla superficie dell’ago di somministrazione dell’insulina, avremmo bisogno di un solo stick per il paziente, che riduce al minimo il dolore e rende anche l’intero processo più facile da amministrare”, afferma You.

I ricercatori hanno progettato un sensore elettronico flessibile che può essere collegato all’ago e misurare i livelli di glucosio nel liquido interstiziale, appena sotto la superficie della pelle. Una volta che l’ago penetra nella pelle, ci vogliono dai cinque ai 10 secondi per misurare i livelli di glucosio. Queste informazioni vengono trasmesse all’app dello smartphone, che calcola la dose di insulina e la eroga attraverso l’ago inserito.

Nei test sui maiali, i ricercatori hanno dimostrato di poter misurare accuratamente i livelli di glucosio con questo sistema e che i livelli di glucosio sono diminuiti dopo l’iniezione di insulina.

Poiché questo dispositivo utilizza un nuovo tipo di sensore di glucosio, i ricercatori prevedono che sarà necessario un ulteriore sviluppo per arrivare a un punto in cui potrebbe essere testato sui pazienti. Hanno depositato brevetti su entrambi i sistemi descritti nel nuovo studio e sperano di lavorare con le aziende per svilupparli ulteriormente.


La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT e dal Brigham and Women’s Hospital.