Figura 1. Immagini schematiche e corrispondenti dei dispositivi elettrochimici ibridi GP e microaghi per la somministrazione di farmaci termoreattivi. Credito:IBS
Un team scientifico del Centro per la ricerca sulle nanoparticelle dell'IBS ha creato un cerotto indossabile basato su GP che consente un monitoraggio accurato del diabete e una terapia di feedback utilizzando il sudore umano. I ricercatori hanno migliorato le capacità di rilevamento del dispositivo integrando materiali elettrochimicamente attivi e funzionali morbidi sull'ibrido di grafene drogato con oro e una rete d'oro a forma di serpentina. Le funzioni di monitoraggio del pH e della temperatura del dispositivo consentono correzioni sistematiche delle misurazioni del glucosio nel sudore poiché il sensore del glucosio basato su enzimi è influenzato dal pH (livelli di acidità del sangue) e dalla temperatura.
Diabete e regolazione dei livelli di glucosio
L'insulina è prodotta nel pancreas e regola l'uso del glucosio, mantenere un equilibrio nei livelli di zucchero nel sangue. Il diabete causa uno squilibrio:quantità insufficienti di insulina provocano alti livelli di glucosio nel sangue, nota come iperglicemia. Il diabete di tipo 2 è la forma più comune di diabete senza una cura conosciuta. Colpisce circa 3 milioni di coreani con una cifra in aumento a causa dei modelli dietetici e di una società che invecchia. Gli attuali trattamenti disponibili per i diabetici sono dolorosi, scomodo e costoso; sono necessarie visite regolari a un medico e kit di test a casa per registrare i livelli di glucosio. I pazienti devono anche iniettare colpi di insulina scomodi per regolare i livelli di glucosio. Vi è una significativa necessità di non invasivo, indolore, e monitoraggio senza stress di importanti marcatori del diabete utilizzando dispositivi indossabili multifunzionali. Il dispositivo IBS facilita questo e riduce quindi i cicli lunghi e costosi di visite mediche e farmacie.
Componenti del dispositivo indossabile a base di grafene
Figura 2. Immagine ottica dell'array del dispositivo elettrochimico ibrido GP sulla pelle umana Credito:IBS
KIM Dae-Hyeong, uno scienziato del Centro per la ricerca sulle nanoparticelle, descrive la vasta gamma di componenti:"Il nostro dispositivo indossabile basato su GP è in grado non solo di monitorare il glucosio e il pH basato sul sudore, ma anche di controllare la somministrazione transcutanea di farmaci attraverso microaghi sensibili alla temperatura. La misurazione precisa delle concentrazioni di glucosio nel sudore viene utilizzata per stimare i livelli di glucosio nel sangue di un paziente. Il dispositivo mantiene la sua sensibilità originale dopo molteplici utilizzi, consentendo così più trattamenti. La connessione del dispositivo a un'unità di alimentazione e trasmissione dati portatile/wireless consente il trattamento del diabete al punto di cura." Il professore ha continuato descrivendo come funziona il dispositivo, "Il cerotto viene applicato sulla pelle dove inizia il monitoraggio del glucosio basato sul sudore durante la generazione del sudore. Il sensore di umidità monitora l'aumento dell'umidità relativa (RH). Sono necessari in media 15 minuti affinché lo strato di assorbimento del sudore del cerotto si raccolga sudare e raggiungere un'umidità relativa superiore all'80%, momento in cui vengono avviate le misurazioni del glucosio e del pH."
Meriti del dispositivo e somministrazione del farmaco
Il dispositivo mostra notevoli progressi rispetto agli attuali metodi di trattamento consentendo trattamenti non invasivi. Durante la ricerca del team, due maschi sani hanno partecipato a test per dimostrare il rilevamento del glucosio basato sul sudore del dispositivo. Sono stati registrati i livelli di glucosio e pH di entrambi i soggetti; un'analisi statistica ha confermato l'affidabile correlazione tra i dati sulla glicemia del cerotto per il diabete e quelli dei test commerciali del glucosio. Se vengono rilevati livelli anormalmente elevati di glucosio, un farmaco viene rilasciato nel flusso sanguigno di un paziente tramite microaghi carichi di farmaco. il malleabile, l'aspetto semitrasparente simile alla pelle del dispositivo GP fornisce un contatto facile e confortevole con la pelle umana, consentendo ai sensori di rimanere inalterati da eventuali deformazioni della pelle. Ciò consente un rilevamento stabile e una somministrazione efficiente dei farmaci.
Figura 3. Dimostrazione del sistema indossabile di monitoraggio e terapia del diabete in vivo. Credito:IBS
Il team scientifico ha anche dimostrato gli effetti terapeutici sperimentando su topi diabetici (db/db). Il trattamento è iniziato applicando il dispositivo vicino all'addome del mouse db. I microaghi hanno perforato la pelle del topo e rilasciato metformina, un farmaco regolatore dell'insulina, nel flusso sanguigno. Il gruppo trattato con microaghi ha mostrato una significativa soppressione delle concentrazioni di glucosio nel sangue rispetto ai gruppi di controllo. "Si possono facilmente sostituire i microaghi usati con quelli nuovi. Il trattamento con metformina attraverso la pelle è più efficiente di quello attraverso l'apparato digerente perché il farmaco viene introdotto direttamente nella circolazione metabolica attraverso la pelle, " ha commentato KIM Dae-Hyeong. Ha continuato:"Questi progressi che utilizzano nanomateriali e dispositivi forniscono nuove opportunità per il trattamento di malattie croniche come il diabete".
