Diabete: iniettabile ‘spugna intelligente’ controlla il rilascio di insulina
I ricercatori hanno sviluppato una tecnica di somministrazione di farmaci per il trattamento del diabete in cui un materiale spugnoso circonda un nucleo di insulina. La spugna si espande e si contrae in risposta ai livelli di zucchero nel sangue per rilasciare insulina secondo il bisogno. La tecnica potrebbe essere utilizzata anche per la somministrazione mirata di farmaci anti cancro.
“Abbiamo voluto imitare la funzione delle beta-cellule che producono l’insulina e controllano il suo rilascio in un corpo sano,” dice il Dott. Gu Zhen, autore di un articolo che descrive il lavoro e professore assistente nel programma congiunto di ingegneria biomedica alla North Carolina State University e alla Chapel Hill University of North Carolinal. “Abbiamo inoltre, trovato questa tecnica promettente non solo per il diabete, ma anche per la consegna di farmaci per il cancro o altre malattie.” Il team di ricerca comprende Daniel Anderson, l’autore senior e professore associato di ingegneria chimica e membro dell’Istituto Koch for Integrative Cancer Research presso il MIT e ricercatori del Dipartimento di Anestesiologia presso l’Ospedale pediatrico di Boston.
I ricercatori hanno creato una forma sferica, a matrice spugnosa di chitosano, un materiale che si trova in gamberetti e gusci di granchio. In tutta questa matrice sono sparse nanocapsule più piccole costruite con un polimero poroso che contengono glucosio ossidasi o enzimi catalasi.La matrice spugnosa circonda un serbatoio che contiene insulina. Tutta la sfera matrice è di circa 250 micrometri di diametro e può essere iniettata in un paziente.
Quando lo zucchero nel sangue di un paziente diabetico aumenta, il glucosio innesca una reazione che induce gli enzimi nelle nanocapsule ‘a rilasciare ioni di idrogeno’. Tali ioni si legano ai filamenti molecolari della spugna chitosano, dando loro una carica positiva. I filamenti di chitosano con carica positiva quindi vengono spinti distanti, creando grandi lacune nei pori della spugna che permettono all’insulina di ‘sfuggire’ nel flusso sanguigno. Nel diabete di tipo 1 e diabete di tipo 2 avanzato, il corpo ha bisogno di iniezioni di insulina, un ormone che trasporta il glucosio, dal flusso sanguigno nelle cellule del corpo.
Come l’insulina viene rilasciata, i livelli di glucosio del corpo iniziano a cadere. Ciò induce il chitosano a perdere la sua carica positiva, ed i suoi filamenti cominciano a tornare insieme. Così si riduce la dimensione dei pori nella spugna, intrappolando di nuovo l’insulina che vi rimane.
Diabete: iniettabile ‘spugna intelligente’ controlla il rilascio di insulina
Questa tecnica è stata creata con ioni idrogeno e enzimi che sono sensibili al glucosio, ma potrebbe essere semplificata nel caso di tumori bersaglio, eliminando del tutto gli enzimi. I tumori sono situati in ambienti acidi che hanno elevate concentrazioni di ioni idrogeno. Se il serbatoio di spugna viene riempito con farmaci antitumorali, i farmaci verrebbero rilasciati quando il chitosano entra in contatto con gli ioni di idrogeno nei tessuti delle cellule tumorali.
“Possiamo anche regolare e ridurre la dimensione della matrice della ‘spugna’, se necessario, a 100 nanometri”, dice Gu. “E il chitosano stesso può essere assorbito dal corpo, quindi non ci sono effetti sulla salute a lungo termine.”
Nei test di laboratorio sui topi diabetici, i ricercatori hanno trovato che la matrice di spugna è stata efficace nel ridurre lo zucchero nel sangue per un massimo di 48 ore. Tuttavia, i ricercatori hanno pubblicato un “sistema intelligente” separato, per la somministrazione di insulina, che ha mantenuto i normali livelli di zucchero nel sangue per 10 giorni.
“Abbiamo imparato molto da questa promettente ricerca. La ‘spugna intelligente’ sarà ottimizzata ulteriormente, nel frattempo, stiamo già esplorando le sue applicazioni per combattere il cancro”, dice Gu.
Fonte ACS Nano DOI: 10.1021/nn401617u
