Diabete, la sfida di liberare i pazienti dalle iniezioni di insulina. Il Mit di Boston testa un nuovo dispositivo impiantabile

Liberare i pazienti con diabete dalla necessità di frequenti iniezioni di insulina è una delle maggiori sfide del mondo scientifico e della ricerca in campo diabetologico. Un promettente approccio consiste nell’impiantare cellule pancreatiche isletiche in grado di produrre insulina quando necessario. Tuttavia, uno dei principali ostacoli a questo approccio è che una volta impiantate, le cellule alla fine si trovano senza ossigeno e smettono di produrre insulina. Per superare questa sfida, gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (Mit) hanno progettato un nuovo dispositivo impiantabile che non solo contiene centinaia di migliaia di cellule isletiche produttrici di insulina, ma dispone anche di una propria ‘fabbrica di ossigeno’ a bordo, che genera ossigeno separando il vapore acqueo presente nel corpo.

Lo studio degli scienziati – I ricercatori hanno dimostrato che, quando impiantato in topi diabetici, questo dispositivo è stato in grado di mantenere stabili i livelli di glucosio nel sangue dei topi per almeno un mese. Ora i ricercatori sperano di creare una versione più grande del dispositivo, delle dimensioni di una gomma da masticare, che potrebbe essere testata in futuro su persone affette da diabete di tipo 1. “Possiamo pensare a questo come a un dispositivo medico vivente fatto di cellule umane che secernono insulina, insieme a un sistema di supporto vitale elettronico. Siamo entusiasti dei progressi finora compiuti e siamo davvero ottimisti che questa tecnologia possa alla fine aiutare i pazienti”, ha dichiarato Daniel Anderson, professore al Dipartimento di Ingegneria Chimica del Mit, membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del Mit e dell’Institute for Medical Engineering and Science (Imes), e autore principale dello studio.

Mentre il focus principale dei ricercatori è sul trattamento del diabete, sostengono che questo tipo di dispositivo potrebbe anche essere adattato per trattare altre malattie che richiedono la somministrazione ripetuta di proteine terapeutiche. Il ricercatore scientifico del Mit Siddharth Krishnan è l’autore principale dell’articolo, pubblicato oggi nelle Proceedings of the National Academy of Sciences. Il team di ricerca è composto da altri illustri ricercatori del Mit, tra cui Robert Langer, professore al Mit e membro del Koch Institute, nonché ricercatori dell’Ospedale per bambini di Boston. La maggior parte dei pazienti affetti da diabete di tipo 1 deve monitorare attentamente i livelli di glucosio nel sangue e iniettarsi insulina almeno una volta al giorno. Tuttavia, questo processo non replica la capacità naturale del corpo di controllare i livelli di glucosio nel sangue.

L’approccio innovativo del Mit – “La stragrande maggioranza dei diabetici insulino-dipendenti si inietta insulina e fa del suo meglio, ma non riesce a mantenere livelli sani di zucchero nel sangue”, ha affermato Anderson. “Se si guardano i loro livelli di zucchero nel sangue, anche per le persone molto attente, non riescono semplicemente a competere con ciò che un pancreas vivente può fare”. Un’alternativa migliore sarebbe quella di trapiantare cellule in grado di produrre insulina ogni volta che rilevano picchi nei livelli di glucosio del paziente. Alcuni pazienti diabetici hanno ricevuto cellule isletiche trapiantate da cadaveri umani, che possono garantire un controllo a lungo termine del diabete; tuttavia, questi pazienti devono assumere farmaci immunosoppressori per evitare che il loro corpo respinga le cellule impiantate. Più di recente, i ricercatori hanno dimostrato successo simile con le cellule isletiche derivate dalle cellule staminali, ma i pazienti che ricevono queste cellule devono anch’essi assumere farmaci immunosoppressori.

Un’altra possibilità, che potrebbe evitare la necessità di farmaci immunosoppressori, è quella di incapsulare le cellule trapiantate all’interno di un dispositivo flessibile che le protegge dal sistema immunitario. Tuttavia, trovare un approvvigionamento affidabile di ossigeno per queste cellule incapsulate si è rivelato difficile. Alcuni dispositivi sperimentali, tra cui uno che è stato testato in studi clinici, presentano una camera d’ossigeno in grado di fornire ossigeno alle cellule, ma questa camera deve essere ricaricata periodicamente. Altri ricercatori hanno sviluppato impianti che includono reagenti chimici in grado di generare ossigeno, ma anche questi si esauriscono con il tempo. Il team del Mit ha adottato un approccio diverso che potrebbe potenzialmente generare ossigeno indefinitamente, dividendo l’acqua.

Come funziona il dispositivo – Ciò avviene attraverso una membrana a scambio di protoni, una tecnologia originariamente utilizzata per generare idrogeno nelle celle a combustibile, situata all’interno del dispositivo. Questa membrana può dividere il vapore acqueo (abbondante nel corpo) in idrogeno, che diffonde innocuamente lontano, e ossigeno, che va in una camera di stoccaggio e alimenta le cellule isletiche attraverso una sottile membrana permeabile all’ossigeno. Un notevole vantaggio di questo approccio è che non richiede fili né batterie. La divisione di questo vapore acqueo richiede una tensione bassa (circa 2 volt), generata utilizzando un fenomeno noto come accoppiamento induttivo risonante. Una bobina magnetica tarata situata all’esterno del corpo trasmette energia a un’antenna flessibile all’interno del dispositivo, consentendo il trasferimento di energia wireless. Richiede una bobina esterna, che i ricercatori prevedono possa essere indossata come una patch sulla pelle del paziente. Dopo aver costruito il loro dispositivo, delle dimensioni di circa un quarto di dollaro statunitense, i ricercatori lo hanno testato su topi diabetici.

Un gruppo di topi ha ricevuto il dispositivo con la membrana che genera ossigeno, mentre l’altro gruppo ha ricevuto un dispositivo contenente cellule isletiche senza ossigeno supplementare. I dispositivi sono stati impiantati appena sotto la pelle, in topi con un sistema immunitario completamente funzionante. I ricercatori hanno scoperto che i topi impiantati con il dispositivo che genera ossigeno erano in grado di mantenere livelli normali di glucosio nel sangue, comparabili a quelli degli animali sani. Tuttavia, i topi che hanno ricevuto il dispositivo senza ossigeno sono diventati iperglicemici (con livelli elevati di zucchero nel sangue) in circa due settimane. Normalmente, quando qualsiasi tipo di dispositivo medico viene impiantato nel corpo, l’attacco del sistema immunitario porta alla formazione di tessuto cicatriziale chiamato fibrosi, che può ridurre l’efficacia dei dispositivi.

Dopo i test sui topi, animali di dimensioni maggiori e poi l’uomo – In questo studio è stata formata una cicatrice del genere intorno agli impianti utilizzati, ma il successo del dispositivo nel controllo dei livelli di glucosio nel sangue suggerisce che l’insulina è comunque riuscita a diffondersi fuori dal dispositivo e il glucosio ad entrare al suo interno. Questo approccio potrebbe anche essere utilizzato per somministrare cellule che producono altri tipi di proteine terapeutiche che devono essere somministrate nel corso di lunghi periodi. In questo studio, i ricercatori hanno dimostrato che il dispositivo è stato in grado di mantenere in vita anche le cellule che producono l’eritropoietina, una proteina che stimola la produzione di globuli rossi.

“Presto sarà possibile creare dispositivi medici viventi impiantabili nel corpo e produrre farmaci secondo necessità”, ha dichiarato Anderson. “Ci sono diverse malattie in cui i pazienti devono assumere proteine, a volte molto frequentemente. Se possiamo sostituire la necessità di infusioni ogni due settimane con un singolo impianto che può agire per lungo tempo, credo che potrebbe davvero aiutare molti pazienti”. I ricercatori pianificano ora di adattare il dispositivo per i test su animali di dimensioni maggiori e, in futuro, sugli esseri umani. Per l’uso umano, sperano di sviluppare un impianto delle dimensioni di una gomma da masticare. Intendono anche testare se il dispositivo possa rimanere nel corpo per periodi più lunghi.

Lella Simone

Foto: Felice Frankel/Massachusetts Institute of Technology (MIT)