Il pancreas bionico: l'ultimo passo nell'evoluzione del controllore automatico della glicemia

Il diabete è una malattia che si caratterizza per la presenza di quantità eccessive di glucosio nel sangue. L'eccesso di quest’ultimo, noto con il termine di iperglicemia, può essere causato da un'insufficiente produzione di insulina o da una sua inadeguata azione. I recenti progressi nei sistemi di monitoraggio continuo del glucosio e negli algoritmi di controllo hanno portato a un'accelerazione nello sviluppo di dispositivi per il pancreas artificiale, attraverso approcci ingegneristici, per ridurre le complicanze acute e croniche del diabete. Questo studio discute l’evoluzione di sistemi di controllo automatizzati basati sulla somministrazione sottocutanea di farmaci e sul monitoraggio continuo del livello della glicemia nel sangue, con la prospettiva della realizzazione di un vero e proprio organo bionico, che migliori notevolmente la qualità di vita del paziente. Ad oggi, esistono due sistemi principali di AID Systems (Automated-Insulin Delivery) o closed-loop (“catena chiusa”): il più diffuso, definito “hybrid closed-loop”, e quello definito “full closed-loop”. Il sistema ibrido consente di controllare in modo automatico l’infusione sottocutanea di insulina basale, ma richiede l’intervento manuale del paziente; Il pancreas artificiale completo è totalmente automatico, non richiede quindi interventi, ma compensa, attraverso particolari algoritmi, gli effetti di ogni pasto e di ogni altro fattore condizionante, in relazione all’impatto che esso determina sulla concentrazione di glucosio nel sangue. Entrambi sono composti da tre elementi principali connessi tra loro: 1. un sensore sottocutaneo per la lettura in continuo del livello di glicemia; 2. un microinfusore per la somministrazione di insulina; 3. un algoritmo di controllo che può essere integrato con il microinfusore o essere associato a un’unità separata; esso è l’elemento chiave per il funzionamento del pancreas artificiale, in quanto determina la quantità di insulina da infondere sottocute in un paziente sulla base del valore di glucosio registrato dal sensore nel fluido interstiziale. Nel tempo sono stati proposti diversi algoritmi ma sono solo due ad essere comunemente usati: il PID (Proportional-Integral-Derivative) e l’MPC (Model Predictive of Control). La maggior parte di essi contiene moduli di sicurezza finalizzati ad evitare un’infusione eccessiva di insulina. Allo stato attuale, la performance del pancreas artificiale è inferiore a quella delle cellule beta pancreatiche; questo perché l’insulina iniettata sottocute dal microinfusore agisce in ritardo rispetto all’insulina rilasciata fisiologicamente nel circolo portale (vena porta) che passa direttamente per il fegato, cosa che non avviene con l’insulina somministrata sottocute. Nella differente prestazione entrano in gioco anche limiti correlati all’efficienza del sensore che rileva la concentrazione di glucosio nel fluido interstiziale e non direttamente nel sangue arterioso. Tanti sono i progressi nella ricerca riguardante questo organo fondamentale per l’essere umano, fondati sulla rivoluzione informatica in corso e sulla miniaturizzazione della tecnologia elettronica, volti a raggiungere un approccio al trattamento del diabete di tipo 1 radicalmente nuovo: grazie alla realizzazione di un Pancreas Invisibile Bionico (BIP), totalmente impiantato ed autonomo, nonché immuno-ottimizzato.