Le nanoparticelle iniettabili sviluppate al MIT potrebbero un giorno eliminare la necessità per i pazienti con diabete di tipo 1 di monitorare costantemente i propri livelli di zucchero nel sangue e di iniettarsi insulina.

Le nanoparticelle sono state progettate per rilevare i livelli di glucosio nel corpo e rispondere secernendo la quantità appropriata di insulina, sostituendo così la funzione delle cellule delle isole pancreatiche, che vengono distrutti nei pazienti con diabete di tipo 1. In definitiva, questo tipo di sistema potrebbe garantire che i livelli di zucchero nel sangue rimangano equilibrati e migliorare la qualità della vita dei pazienti, secondo i ricercatori.

"L'insulina funziona davvero, ma il problema è che le persone non sempre ne ricevono la giusta quantità. Con questo sistema di rilascio prolungato, la quantità di farmaco secreta è proporzionale alle esigenze dell'organismo, "dice Daniel Anderson, professore associato di ingegneria chimica e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science del MIT.

Anderson è l'autore senior di un articolo che descrive il nuovo sistema in un recente numero della rivista ACS Nano . L'autore principale del documento è Zhen Gu, un ex postdoc nel laboratorio di Anderson. Il team di ricerca comprende anche Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT, e ricercatori del Dipartimento di Anestesiologia del Boston Children's Hospital.

Imitando il pancreas

Attualmente, le persone con diabete di tipo 1 in genere si pungono le dita più volte al giorno per prelevare il sangue per testare i livelli di zucchero nel sangue. Quando i livelli sono alti, questi pazienti si iniettano insulina, che abbatte lo zucchero in eccesso.

Negli ultimi anni, molti ricercatori hanno cercato di sviluppare sistemi di somministrazione di insulina che potrebbero agire come un "pancreas artificiale, " rilevando automaticamente i livelli di glucosio e secernendo insulina. Un approccio utilizza idrogel per misurare e reagire ai livelli di glucosio, ma quei gel sono lenti a rispondere o mancano di resistenza meccanica, permettendo all'insulina di fuoriuscire.

Il team del MIT ha deciso di creare un solido, sistema biocompatibile che risponderebbe più rapidamente alle variazioni dei livelli di glucosio e sarebbe facile da somministrare.

Il loro sistema consiste in una struttura simile a un gel iniettabile con una consistenza simile al dentifricio, dice Gu, che ora è assistente professore di ingegneria biomedica e farmaceutica molecolare presso l'Università del North Carolina a Chapel Hill e la North Carolina State University. Il gel contiene una miscela di nanoparticelle di carica opposta che si attraggono, mantenendo intatto il gel e impedendo alle particelle di allontanarsi una volta all'interno del corpo.

Utilizzando un polisaccaride modificato noto come destrano, i ricercatori hanno progettato il gel per essere sensibile all'acidità. Ogni nanoparticella contiene sfere di destrano caricate con un enzima che converte il glucosio in acido gluconico. Il glucosio può diffondersi liberamente attraverso il gel, quindi quando i livelli di zucchero sono alti, l'enzima produce grandi quantità di acido gluconico, rendendo l'ambiente locale leggermente più acido.

Quell'ambiente acido provoca la disintegrazione delle sfere di destrano, rilascio di insulina. L'insulina svolge quindi la sua normale funzione, convertire il glucosio nel sangue in glicogeno, che viene assorbito nel fegato per la conservazione.

Controllo a lungo termine

Nei test con topi che hanno il diabete di tipo 1, i ricercatori hanno scoperto che una singola iniezione del gel ha mantenuto i normali livelli di zucchero nel sangue per una media di 10 giorni. Poiché le particelle sono principalmente composte da polisaccaridi, sono biocompatibili e alla fine si degradano nel corpo.

I ricercatori stanno ora cercando di modificare le particelle in modo che possano rispondere ai cambiamenti dei livelli di glucosio più velocemente, alla velocità delle cellule delle isole pancreatiche. "Le cellule delle isole sono molto intelligenti. Possono rilasciare insulina molto rapidamente una volta che rilevano alti livelli di zucchero, " dice Gu.

Prima di testare le particelle nell'uomo, i ricercatori hanno in programma di sviluppare ulteriormente le proprietà di somministrazione del sistema e di lavorare sull'ottimizzazione del dosaggio che sarebbe necessario per l'uso negli esseri umani.

"Sono chiaramente necessari studi a più lungo termine, ma da una prospettiva a circuito chiuso, questo è un approccio molto intelligente per normalizzare i livelli di glucosio nel sangue negli individui con diabete, ottenuto integrando il rilevamento del glucosio con la somministrazione di insulina, proprio come una cellula beta pancreatica naturale, "dice Frank Doyle, un professore di ingegneria chimica all'Università della California a Santa Barbara che non faceva parte del gruppo di ricerca.

Il documento è intitolato "Nano-rete iniettabile per la somministrazione di insulina mediata dal glucosio".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.