Biosensori al Politecnico di Torino

Nei giorni 19, 20 e 21 ottobre al Politecnico di Torino si è parlato di biosensori, tra cui alcuni CGM.

Le aziende produttrici

Come già precedentemente accennato in un post, la tecnologia del pancreas artificiale non è univoca, le aziende produttrici sono molteplici e ognuna offre servizi e feature leggermente differenti. Inoltre, molto spesso si ha la compartecipazione di più aziende specializzate nella produzione di un singolo componente (come ad esempio un misuratore di glicemia oppure una pompa insulinica). In altri casi, invece, l’azienda non è solidamente presente nel mercato della produzione, ma è una startup. 

Nonostante questa apparente frammentazione è possibile definire un insieme abbastanza definito di aziende produttrici.

In primo luogo ricordiamo che l’azienda leader che ha commercializzato il pancreas artificiale nella sua configurazione più completa è Medtronic. In seconda battuta vediamo alcune delle principali collaborazioni:

• Bigfoot Biomedical, specializzata in software design.

• Insulet in compartecipazione con Dexcom. Queste due aziende sono la principale dimostrazione di come sia fondamentale il lavoro di squadra: Insulet è difatti specializzata nella produzione di pompe per insulina, mentre Dexcom nella manifattura di sensori per il controllo glicometabolico. Unendo in maniera opportuna i due prodotti si genera un prodotto di eccelsa qualità.

• Tandem per la produzione di pompe per insulina.
• TypeZero.

Sulla base delle statistiche di diffusione e dell’interesse sempre maggiore da parte di aziende e startup in merito a questa tecnologia, è possibile dedurre che essa possa avere enorme successo in futuro e possa continuare a migliorare, garantendo vantaggi smisurati ai malati di diabete.

Tra grafici e statistiche

Grafici a confronto

Il primo punto di cui vorrei parlare riguarda il confronto tra l'andamento glicemico di una persona normale e quello di un diabetico tipo 1 supportato dalla tecnologia del pancreas artificiale.

Osservando il grafico di una persona normale possiamo focalizzare l'attenzione su due aspetti principali:

• Il range di variabilità è piuttosto ristretto, si passa da circa 75 mg/dL al risveglio, a circa 125 mg/dL nel periodo postprandiale.
• L'andamento glicemico è caratterizzato da picchi marcati e ben distinguibili.

Osservando il grafico dei pazienti con supporto della tecnologia del pancreas artificiale  (riportato di sotto) invece è possibile notare subito due differenze:

• Il range di variabilità è nettamente più elevato, il minimo si aggira attorno ai 70 mg/dL, mentre il massimo attorno ai 180 mg/dL.
• Non è possibile distinguere nettamente i picchi postprandiali come invece accade nel grafico sopra riportato.

Per quale motivo si osservano queste discrepanze piuttosto nette? 

Il primo punto è sostanzialmente dovuto alla malattia, poiché l'organismo non è più in grado di mantenere adeguato il livello di glucosio in maniera autonoma e pertanto risulta molto più sensibile ai nutrienti ingeriti. 

Il secondo punto invece è dovuto all'algoritmo che sta alla base del pancreas artificiale. Il dispositivo CAD, dopo una fase di rodaggio, è in grado di prevedere quale sarà l'andamento della glicemia tramite la formulazione di opportuni modelli matematici/statistici, sulla base di microvariazioni temporali dei livelli di glucosio. Il motivo per cui non si vedono i picchi è legato al fatto che le microvariazioni sono immediatamente accompagnate dal rilascio di insulina che quindi agisce da smorzatore. L'algoritmo è inoltre studiato appositamente per non far avere mai questi picchi bruschi al paziente, siccome è molto peggio una rapida variazione piuttosto che uno stazionamento ad un valore relativamente alto.

Per maggiori dettagli al riguardo è possibile visitare il seguente link in cui si effettua uno studio molto approfondito e tecnico in merito.

Statistiche di diffusione e vendita

In primo luogo vorrei porre l'attenzione sulla diffusione del diabete nel mondo tramite questo efficace grafico.

In seconda battuta vorrei focalizzarmi sulle statistiche di vendita del pancreas artificiale per poter concludere con un brevissimo commento.

L'america, nonostante non abbia il maggior numero di pazienti diabetici, risulta prima nelle statistiche di vendita di questa tecnologia. Ciò è conseguenza di due fattori: il costo non alla portata di tutti e un maggior investimento in termini pubblicitari da parte del governo USA.

Forme a confronto

Come si presenta il pancreas artificiale rispetto al pancreas naturale? La risposta in un'immagine.

Le forme del pancreas artificiale sono pienamente in linea col progresso tecnologico, è infatti composto da apparecchiature estremamente all'avanguardia con geometrie ricercate e poco regolari. Il pancreas naturale ha invece una forma nettamente più pulita e minimalista, pur mantenendo una struttura complessiva tutt'altro che banale.

Regolazione naturale e regolazione artificiale

Richiami sulle funzionalità pancreatiche

Il pancreas è un organo che ha tra le principali funzionalità quella di secernere due ormoni fondamentali nella regolazione del livello di glucosio nel sangue: l’insulina e il glucagone. L’insulina è un ipoglicemizzante, ovvero diminuisce il valore della glicemia, mentre il glucagone è un iperglicemizzante, cioè ha effetto contrario. Il corpo umano mantiene in costante controllo la secrezione di questi due ormoni in maniera tale da mantenere un livello di glucosio nel sangue all'interno del range di 90-110 mg/dL. Per far sì che ciò avvenga è necessaria la collaborazione di diversi organi in perfetta sincronia. 

Ciclo di regolazione naturale

Attraverso dei recettori si registra il valore della glicemia e lo si trasmette all’unità di elaborazione primaria, il cervello, che stabilisce quale sia il livello di insulina (o glucagone) necessario da produrre affinché il valore glicemico rientri nei parametri ottimali. Il segnale viene mandato al pancreas che produce gli ormoni necessari per attuare la strategia elaborata dal cervello.

Ciclo di regolazione artificiale

Nella realizzazione del pancreas artificiale si è cercato di sostituire ogni singolo passaggio di questo ciclo mediante strumentazione tecnologica (vedi post precedente). I recettori sono infatti stati sostituiti da un glucometro a misurazione continua, il cervello da un dispositivo dotato di algoritmo di controllo e tecnologie avanzate di machine learning, mentre la secrezione di insulina da una pompa ad erogazione variabile.

Com'è fatto il pancreas artificiale?

Il pancreas artificiale, divenuto ormai abbastanza standard, è formato dalle seguenti componenti:

• Glucometro a misurazione continua (o CGM): deve garantire un controllo uniforme e continuo nel tempo dei livelli di glucosio del sangue e successivamente mandare i dati ad un ricevitore. Questo strumento è collocato direttamente sulla pelle del paziente.
• Ricevitore (o CGM reciver): ha lo scopo di ricevere i dati dal glucometro e mostrare la situazione istantanea mediante un display. Questo dispositivo è inoltre dotato di antenne in grado di trasmettere i dati ad un dispositivo dotato di algoritmo che ne permetta un'analisi dettagliata. E' un dispositivo mobile, non vincolato al corpo del paziente.
• Dispositivo dotato di algoritmo di controllo (o CAD): fisicamente corrisponde ad uno smartphone, un tablet o un PC e ha come principale obiettivo l'analisi dei dati ricevuti dal glucometro per generare un corretto segnale da mandare alla pompa di insulina. Il dispositivo è appartenente al paziente, l'algoritmo invece è proprietario della casa madre.
• Pompa di insulina (o insulin pump): si interfaccia col paziente mediante un ago costantemente infilato sotto la cute. Si pone l'obiettivo di iniettare la quantità di insulina elaborata dall'algoritmo. La pompa, per ricevere il segnale dal dispositivo dotato di algoritmo di controllo, deve avere delle antenne ricevitrici o tecnologie come Bluethoot.

Un video molto semplice mostra le componenti principali di questa tecnologia: