Verso il pancreas bionico nel diabete

Da quando, quasi cento anni fa, furono identificate le cause del diabete, la comunità di medici e pazienti ha sempre sperato nella soluzione terapeutica più definitiva, un pancreas “artificiale”, per risolvere il problema alla radice. Di quest’attesa si trova abbondante documentazione negli articoli scientifici degli ultimi decenni, nei libri e nei convegni, in un crescente insieme di dati ed esperimenti, resoconti di nottate trascorse nei laboratori di mezzo mondo. Se nel diabete tipo 1 la principale funzione endocrina del pancreas viene meno, la soluzione più naturale è quella di ripristinarla in toto e in modo trasparente, liberando la persona dall’impegno continuo, emotivo e fisico, del monitoraggio e della terapia farmacologica.

Per ottenere questo Santo Graal della diabetologia è stato necessario lavorare per anni a un metodo definitivo che comprendesse due elementi fondamentali: un fedele “sensore” dei valori glicemici unito a un “effettore” in grado di infondere, momento per momento, la giusta quantità di insulina, per mantenere livelli ottimali di glucosio nel sangue circolante. E finalmente siamo molto vicini all’obiettivo.



Fig.1 - Bionic Pancreas - Digital Art

Isole di Langherans in wi-fi

Al dr. Edward Damiano, uno dei leader in questo settore di ricerca e sviluppo, non piace troppo l’abusata definizione “pancreas artificiale”. Preferisce battezzare il dispositivo su cui sta lavorando con l’appellativo di "pancreas bionico", un insieme di componenti elettronici e informatici in grado di imitare la funzione pancreatica endocrina, senza avere né la struttura né le proprietà fisiologiche di un pancreas intero, ma capace di rilasciare nella circolazione sanguigna sia l’insulina sia il glucagone, i due ormoni principali implicati nella regolazione della glicemia. Ha suggerito quindi la sua definizione a Steve Edelman e Jeremy Pettus, dell’Università di San Diego in California, loro stessi entrambi diabetici, quando questi hanno presentato con un certo entusiasmo, alla 76a edizione del meeting scientifico ADA (American Diabetes Association) 2016, i risultati dei test del pancreas bionico.

La forte motivazione personale dei relatori si univa a quella del dr. Damiano, papà di un ragazzo di 17 anni con diabete di tipo 1 diagnosticato dall'età di 11 mesi. In questa forma di diabete lo sviluppo di un sistema elettronico in grado di gestire in modo autonomo il rilascio della giusta quantità di insulina in base ai rilevamenti dei sensori è ritenuto un passo avanti fondamentale. Il dispositivo presentato è stato denominato iLet in omaggio alle isole di Langherans del pancreas endocrino, delle quali ha il compito di ripristinare efficacemente la funzione ormonale perduta. È un oggetto di dimensioni contenute, simile a uno smartphone, indossabile comodamente sotto gli indumenti.

I sensori del device ne costituiscono la parte afferente, un vero e proprio CGM (sistema di monitoraggio continuo della glicemia) e inviano tramite sistema radio Bluetooth i dati glicemici alla sezione efferente della risposta secretoria, cioè la pompa incaricata della secrezione ormonale: un algoritmo esamina i dati glicemici in ingresso ogni 5 minuti e, correlandoli al peso corporeo, decide in modo autonomo le dosi e i tempi di rilascio di insulina e glucagone. Non vi è la necessità di un intervento dell’utente neppure per l’infusione dei boli ai pasti, perchè il dispositivo valuta autonomamente, momento per momento, se aumentare, diminuire o sospendere l’infusione.

Un ormone alla volta

Le due sezioni che si occupano di gestire la somministrazione dei due ormoni possono essere utilizzate anche in modo singolo. Il sistema è in grado di rilevare, ad esempio, se manca la cartuccia di glucagone, quando il dispositivo si trovi quindi in modalità di monosomministrazione ormonale, o se la cartuccia è presente ma in via di esaurimento, e gestire in quel caso il solo rilascio dell'insulina, modificando l’algoritmo di infusione. Come vedremo, questa modularità consentirà una progressione graduale del perfezionamento del dispositivo, prevedendo inizialmente la messa in commercio della versione in grado di regolare il rilascio della sola insulina, integrata in un secondo tempo dalla metodologia di controllo della secrezione del glucagone.

Ovviamente risulterà della massima rilevanza il perfezionamento degli algoritmi del programma che gestiscono l'integrazione tra sensori glicemici e la risposta secretoria, come di uguale importanza è la capacità del sistema di gestire errori ed eventuali malfunzionamenti parziali, per garantire un risultato sempre ottimale in termini di sicurezza. In tal senso i dati clinici presentati sono molto positivi, confermando un miglioramento del controllo metabolico, documentato da una riduzione dell'HbA1c, senza aumento parallelo degli eventi ipoglicemici.

Il dr. Damiano, presentando i risultati, prevede che il sistema potrà essere in commercio entro il 2018. La competizione con altri dispositivi attualmente in via di realizzazione è impegnativa, tuttavia iLet sembra avere una marcia in più rispetto alla concorrenza. Ad esempio, alcuni dispositivi costruiti da altre aziende si occupano solo del rilascio dell'insulina basale, non risolvendo quindi il problema della somministrazione dei boli ai pasti e dell'incombenza delle misurazioni frequenti della glicemia capillare, un risultato troppo parziale. In ogni caso, negli ultimi mesi nuovi competitor si stanno dando battaglia e, mai come in quest’ambito, la concorrenza è una spinta evolutiva potente e benefica.

Nel controllo del diabete, ciò che in effetti interessa i pazienti è una metodica che risulti in un gestione clinica completa, in cui il monitoraggio dei valori di glicemia e la secrezione ormonale avvengano in modo automatico, limitando davvero al minimo l’intervento manuale del paziente. A tal proposito è significativo che i ricercatori riferiscano di non aver avuto problemi nel reclutare pazienti interessati a testare il sistema iLet. L'effettiva difficoltà nel mantenere una glicemia nei valori intermedi che consentano un buon controllo del diabete, unita all'impatto dovuto alla necessità delle continue misurazioni con pungidito e iniezioni, rende molto appetibile un sistema automatico in grado di sollevare le persone da incombenze così pressanti.



Fig.2 - Il dispositivo iLet è di dimensioni molto contenute e comodo da indossare.

Il controllo glicemico deve accompagnarsi a una serie di considerazioni positive sull'uso dei vari dispositivi proposti: il pancreas bionico dev'essere quindi facile da utilizzare, discreto come strumento da indossare e agevole nelle procedure di ricambio delle cartucce di ormoni. Come sottolineato anche dal dr. Damiano, nessuno vuole passare l’esistenza a complicarsi la vita, neanche con un dispositivo che porta un nome cool come iLet. I fattori legati alla semplicità d’uso sono essenziali nella valutazione ultima da parte dei pazienti e quindi nella volontà di aderire senza indugio nuovi sistemi di cura.

I ricercatori enfatizzano il "mental burden", il positivo impatto psicologico di un uso “fluido” di questa metodica, con la sua capacità di agire in modo trasparente e liberare quindi energie mentali da sfruttare nella vita di ogni giorno, ciò che in ultimo si richiede a una terapia efficace del diabete: le persone vogliono pensare ad altro, non ai valori glicemici e alle dosi insuliniche. In questo senso appare molto promettente il fatto che i soggetti partecipanti alla sperimentazione di iLet erano poco propensi a restituire il dispositivo al termine della fase di studio.

Affidabile e modulare

I ricercatori, tornando volutamente alla questione principale della sicurezza, hanno sollevato essi stessi le possibili obiezioni, riassumendole in un paragone efficace: quanto sarebbero disposte le persone ad affidarsi totalmente a un sistema di guida automatico e staccare le mani dal volante quando sono in autostrada? In ambito diabetologico, la domanda è traducibile nella preoccupazione principale di medici e pazienti: un sensore che segnali livelli falsamente elevati di glicemia potrebbe indurre il rilascio di dosi eccessive di insulina con possibili e pericolose ipoglicemie. I dati del trial presentato sembrano però la miglior risposta, perchè in realtà è stata rilevata una diminuzione delle ipoglicemie e non è stato registrato nessun caso di ipoglicemia grave. I principali problemi segnalati sono stati di tipo meccanico, legati all’ostruzione occasionale dei set di infusione sottocutanea.

Lo sviluppo del dispositivo prevede funzionalità aggiornabili in step successivi. Come detto precedentemente, inizialmente iLet potrà funzionare come unità di rilascio di insulina, in attesa di perfezionare alcune caratteristiche come la stabilità del glucagone in cartuccia, attualmente problematica a temperatura ambiente, e l'affidabilità dell'algoritmo della doppia somministrazione. Potrà quindi entrare in funzione quest'ultima modalità, con il rilascio combinato di insulina ad azione ipoglicemizzante e glucagone con effetto iperglicemizzante, guidata da sensori ed effettori che dovranno essere sempre più precisi e probabilmente con sistemi di controllo ridondanti.

Vista questa flessibilità per l'utilizzo modulare dei singoli componenti, i ricercatori prevedono la possibilità di adottare il dispositivo anche in altri ambiti, come il diabete tipo 2, in cui la necessità principale è costituita dalla sola secrezione insulinica divenuta nel tempo insufficiente. Un’altra opportunità è data dall’upgrade con altri componenti che potrebbero configurare un sistema tri-ormonale, in cui si aggiunge il rilascio di amilina, altra molecola fisiologica secreta dalle isole di Langherans e importante nel controllo della glicemia post-prandiale. Lo sviluppo e le possibilità sono aperte alle innovazioni tecnologiche che corrono negli ultimi anni a una velocità difficile da seguire pienamente, e le progettazioni potranno svoltare in direzioni impreviste.

Proiettandosi avanti di 10 anni, i 3 medici relatori che hanno presentato iLet hanno immaginato una piena adozione del pancreas bionico nella terapia del diabete di tipo 1 e, scherzando, si sono chiesti quale tipo di nuovo lavoro li aspettasse, fuori dal contesto diabetologico ormai risolto dalla tecnologia: lavapavimenti dal parrucchiere o lavapiatti al ristorante. Battute che oltre a suscitare l'ilarità del pubblico presente, sottolineavano l'impatto potente delle tecnologie digitali sull’attività pratica dei medici, per i quali la conoscenza dei principi fondamentali dell'elettronica e dell'informatica, e l'uso di sistemi operativi di tipo mobile, sembra imprescindibile.