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Con un algoritmo cureremo il diabete

by Lettere21

Finora è stato un sogno: un pancreas artificiale capace di controllare la glicemia senza dover fare continue iniezioni. Oggi è realtà. Per tutti

Il cuore, si sa, è l’organo di gran lunga preferito come soggetto per canzoni. Il cervello è stimato da sempre, come preziosa centralina di comando. Persino l’intestino sta vivendo un periodo di grande riscoperta, per i suoi molteplici influssi… E il pancreas? Be’, pochi poeti probabilmente hanno pensato di dedicargli un sonetto, e di rado ci occupiamo della sua esistenza. Eppure questa grossa ghiandola schiacciata tra stomaco e intestino è vitale: è solo grazie a uno degli ormoni che produce – l’insulina – se le nostre cellule riescono a “fare il pieno” dello zucchero che circola nel sangue, e se quindi il nostro corpo può sfruttare l’energia del cibo. Quando il pancreas non funziona, infatti, la conseguenza è una malattia che rende le giornate di chi ne soffre scandite da una routine di misurazioni di glicemia (la concentrazione di glucosio nel sangue) e iniezioni di insulina: il diabete di tipo 1.

Per questo da anni gli scienziati lavorano per creare un pancreas artificiale. Ora finalmente è disponibile: composto da un sensore per lo zucchero, una micro-pompa per iniettare insulina e soprattutto un algoritmo che fa “parlare” i due, rendendo il tutto il più simile possibile all’organo originale, per far (quasi) dimenticare ai diabetici di essere malati.

DA INDOSSARE. Vari sistemi sono oggi in fase di test sui pazienti, o persino già sul mercato. Un traguardo impensabile fino a pochi decenni fa: non è passato neppure un secolo da quando, nel 1922, il quattordicenne Leonard Thompson fu il primo a essere trattato con l’insulina. Prima di allora avere il diabete equivaleva a una condanna a morte. In chi soffre di diabete di tipo 1, infatti, il pancreas non produce più insulina, necessaria perché il glucosio che deriva dal cibo possa essere preso dalle cellule. Risultato: lo zucchero resta in circolo e danneggia gli organi, ai tessuti manca l’energia, l’organismo va in tilt. Bisogna allora fornire insulina dall’esterno, per mantenere la glicemia stabile e contrastare il picco di zuccheri dopo i pasti. Perché allora non “ricreare” il pancreas? Il sistema a cui si è arrivati oggi, pur con qualche limite, è ben diverso dal primo apparecchio inventato negli anni ’70. Si chiamava Biostator ed era grande quanto un armadietto: prendeva il sangue, misurava in continuo la glicemia e infondeva l’insulina necessaria. Impossibile usarlo fuori dall’ospedale. Ma nel frattempo sono stati perfezionati sensori e pompe da indossare quasi senza accorgersene.

IL SOFTWARE “REGISTA”. Da anni, infatti, i sensori (da attaccare sulla pelle o anche da impiantare sottocute) aiutano a capire come va la glicemia, ma richiedono poi qualche calcolo per iniettarsi l’insulina necessaria. E i microinfusori erogano direttamente l’insulina sottopelle, liberando dallo stress delle innumerevoli iniezioni, ma hanno bisogno di istruzioni su quantità e tempi. Il problema da risolvere è quindi far dialogare le due cose tra loro, in automatico. Il cuore del pancreas artificiale è dunque un software che calcola la dose di insulina da iniettare a seconda della glicemia, sulla base dei dati ricevuti dai sensori. La sfida è tutta qui. Il pancreas è un sistema complesso, che compensa le variazioni continue di glicemia (indotte dai pasti, dall’esercizio, dallo stress, dal ciclo mestruale, ndr) con correzioni frequenti e rapide della sua attività. Stiamo cercando di imitare la natura, ma con difficoltà. I sensori, per esempio, non misurano il glucosio nel sangue ma nel liquido fra le cellule, un ambiente un po’ diverso dove serve più tempo per arrivare al livello della glicemia “vera” in circolo: i valori che leggiamo cioè non equivalgono alla glicemia di quell’istante. Il microinfusore, poi, non inietta l’insulina nel sangue ma sottocute, dove impiega un po’ a essere assorbita.

SOTTO CONTROLLO. L’algoritmo che gestisce il dialogo fra sensore e microinfusore deve tenere conto di queste imprecisioni. È come quando vogliamo fare una doccia, ma l’acqua non è subito come la vorremmo: allora la mettiamo più calda, ma poi lo diventa troppo; quindi aggiustiamo con la fredda, ma il rischio è che arrivi un getto gelido. Il ritardo con cui viene assorbita l’insulina iniettata fa sì che anche l’effetto sulla glicemia sia ritardato: così si rischia una sorta di “altalena”, con l’aggravante che l’insulina assunta non può essere tolta e quindi un sovradosaggio non può essere corretto. Per questo l’algoritmo di un pancreas artificiale deve prevedere come evolverà la glicemia per ovviare al ritardo dell’azione dell’insulina, evitando così che alla fine l’ormone provochi un calo di zuccheri eccessivo.

Tenere conto di tutto è difficile, insomma, ma gli algoritmi di ultima generazione ci riescono con buona approssimazione. Resta però un passo da fare per avere un “vero” pancreas artificiale, che fa tutto da solo come l’organo naturale, mentre il paziente si dimentica di averlo. Il sistema deve gestire i picchi di zucchero. Il problema si presenta a livello dei pasti: ecco perché i sistemi di pancreas artificiale sono ancora ibridi, ovvero serve sempre l’intervento del paziente per decidere la dose di ormone necessaria quando si mangia, dopo aver fatto la conta dei carboidrati da “smaltire”. Comunque, la ricerca continua.

SU MISURA. Intanto, si prova anche a percorrere altre strade. Una di queste è rimpiazzare direttamente le cellule del pancreas la cui perdita è alla base del diabete: le cellule beta, presenti negli agglomerati chiamati “isole di Langerhans”, quelle che rilevano la glicemia e secernono l’insulina. L’idea è riprodurle in laboratorio (da staminali embrionali, o magari dalle cellule “progenitrici” presenti nel pancreas, identificate da uno studio recente della University of Miami) e poi impiantarle nel corpo: la tecnica, per ora, è stata testata sui topi. Un altro approccio, invece, punta a usare la terapia genica per modificare altre cellule del corpo e far sì che inizino a produrre insulina.

In attesa di applicazioni future, si continua però a lavorare per rendere il pancreas artificiale ancora più preciso. Dobbiamo per esempio considerare che c’è variabilità fra pazienti diversi e nello stesso individuo: la sensibilità all’insulina cambia fra il mattino e la sera: il ricercatori stano infatti mettendo a punto un algoritmo di machine learning, che impara da solo ad adattare il trattamento sulla base delle caratteristiche individuali, per superare il problema della variabilità fra i malati e nella giornata. Sono poi allo studio sistemi associati a farmaci che ritardino l’assorbimento dei pasti, per renderlo comparabile con quello dell’insulina in arrivo dalla micro-pompa, e altri che erogano anche glucagone, l’ormone che contrasta l’azione dell’insulina: potrebbero essere un altro passo verso l’automazione completa (i pro e i contro sono ancora da valutare perché solo da poco esiste il glucagone iniettabile).

QUANDO SERVE IL TRAPIANTO RIGETTO

Il pancreas artificiale è sempre più vicino, ma per i casi più difficili esiste ancora la possibilità del trapianto di un organo da donatore. Che, non è un’opzione “in competizione” con il pancreas artificiale. Il trapianto si propone a chi deve ricevere un trapianto di rene e quindi sottoporsi alla cura con immunosoppressori anti-rigetto, che possono avere effetti collaterali pesanti e perciò non sarebbero giustificati per il solo pancreas visto che non si tratta di un trapianto salvavita. Esiste anche la possibilità di trasferire le sole isole pancreatiche, ovvero le cellule che producono insulina, intervento che richiede una terapia immunosoppressiva più blanda. In genere questo approccio è destinato alle persone che non riescono a controllare la glicemia con le iniezioni.

LENTA, VELOCE O ULTRARAPIDA, ESIGENZE DIVERSE

Dal 1980 l’insulina viene prodotta con l’ingegneria genetica (prima ancora si estraeva da tessuto bovino o suino). Oggi, dopo neppure quarant’anni, esiste un’insulina per tutte le esigenze: ce ne sono a lento assorbimento, per garantire la copertura basale, più o meno rapide per gestire le variazioni associate alle attività della giornata, addirittura ultrarapide, che imita la secrezione ai pasti ed è iniettabile fino a venti minuti dopo aver mangiato.

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