Le iniezioni di insulina potrebbero diventare un ricordo del passato per le persone che soffrono di diabete, grazie ad una nuova invenzione dei ricercatori della University of North Carolina e NC State che hanno creato il primo “cerotto intelligente” in grado di rilevare l’aumento dei livelli di zucchero nel sangue e secernere dosi di insulina in caso di necessità.
Lo studio, pubblicato in Proceedings of the National Academy of Sciences, ha dimostrato che il nuovo cerotto indolore può ridurre il glucosio nel sangue in un modello murino di diabete di tipo 1 per un massimo di nove ore. Ulteriori prove precliniche e sperimentazioni cliniche successive sull’uomo, sono tuttavia necessarie prima che il cerotto possa essere somministrato ai pazienti, ma l’approccio dimostra una grande promessa.
“Abbiamo progettato una cerotto intelligente per il diabete che funziona velocemente, è facile da usare ed è composto da materiali biocompatibili non tossici”, ha detto il co-autore Zhen Gu, PhD, professore del the Joint UNC/NC State Department of Biomedical Engineering.” Il cerotto intelligente può essere personalizzato in base al peso e sensibilità all’insulina di un diabetico”, ha aggiunto il ricercatore, “e quindi abbiamo potuto rendere il cerotto intelligente, ancora più intelligente”.
John Buse, MD, PhD, co-autore dell’articolo e Direttore della UNC Diabetes Care Center, ha detto, “Iniettare una quantità errata di insulina, può portare a complicazioni significative come cecità o conseguenze ancora più disastrose, quali il coma diabetico e la morte. Per questo abbiamo cercato di allontanare il rischio di errore umano attraverso la creazione di “sistemi a ciclo chiuso” che collegano direttamente i dispositivi che tracciano lo zucchero nel sangue al rilascio di insulina.
Invece di inventare un altro sistema completamente artificiale, Gu ed i suoi colleghi hanno scelto di emulare i generatori di insulina naturali del corpo conosciuti come cellule beta. Queste cellule versatili agiscono sia come fabbriche che come magazzini, attraverso il deposito di insulina in piccole sacche chiamate vescicole. Inoltre si comportano come centro di allarme, intuendo gli aumenti dei livelli di zucchero nel sangue e segnalando il rilascio di insulina.
“Abbiamo costruito vescicole artificiali per eseguire queste stesse funzioni delle cellule beta, utilizzando due materiali che sono facilmente reperibili in natura”, ha detto il primo autore PNAS Jiching Yu, un dottorando nel laboratorio di Gu.
Il primo materiale è l’ acido ialuronico o HA, una sostanza naturale che è un ingrediente di molti cosmetici, il secondo è 2-nitroimidazolo o NI, un composto organico comunemente usato nella diagnostica. I ricercatori hanno collegato i due ingredienti per creare una nuova molecola. La miscela di queste molecole auto-assemblate in una vescicola è molto simile alla coalescenza delle goccioline di olio in acqua, con le estremità idrofobe che puntano verso l’interno e le estremità idrofile che puntano verso l’esterno.
Il risultato è stato milioni di strutture simili a bolle,100 volte più piccole rispetto alla larghezza di un capello umano. In ciascuna di queste vescicole, i ricercatori hanno inserito un nucleo di insulina solido ed enzimi appositamente progettati per rilevare il glucosio.
Gu ha creato infine dei “microaghi” utilizzando lo stesso acido ialuronico che era un ingrediente principale delle nanoparticelle, ma in una forma più rigida così che i minuscoli aghi potevano forare la pelle. Sono stati organizzati più di cento di questi microaghi su una striscia sottile di silicio, per creare quello che sembra la versione indolore di un letto di chiodi. Quando questo patch viene posto sulla pelle, i microaghi penetrati in superficie, sfruttano il sangue che scorre attraverso i capillari appena sotto.
I ricercatori hanno testato la capacità di questo approccio di controllare i livelli di zucchero nel sangue, in un modello murino di diabete di tipo 1. Quando i ricercatori hanno trattato il gruppo di topi con il cerotto intelligente, hanno visto che i livelli di glucosio nel sangue sono stati ridotti entro 30 minuti e sono rimasti così per diverse ore.
Poiché i topi sono meno sensibili all’insulina degli esseri umani, i ricercatori ritengono che gli effetti del cerotto intelligente sulla stabilizzazione dei livelli di zucchero nel sangue potrebbero durare anche più a lungo, quando somministrato a pazienti reali.
” L’obiettivo finale” ha detto Gu, “è quello di sviluppare un cerotto intelligente per la cura del diabete che i pazienti dovranno solo cambiare ogni pochi giorni”.
Fonte:
- Jicheng Yu, Yuqi Zhang, Yanqi Ye, Rocco Disanto, Wujin Sun, Davis Ranson, Frances S. Ligler, John B. Buse, and Zhen Gu. Microneedle-array patches loaded with hypoxia-sensitive vesicles provide fast glucose-responsive insulin delivery. PNAS, June 2015 DOI:10.1073/pnas.1505405112
