Ricostruiamo la storia del pancreas artificiale mediante i brevetti

Prima di cominciare con la ricostruzione della storia di questa tecnologia è doveroso fare una premessa: il pancreas artificiale nella sua accezione più moderna, cioè formato dalle 4 componenti analizzate e descritte accuratamente in un post precedente, ha subito diversi cambiamenti e innovazioni in ogni sua singola componente. Vedremo ora di capire quali sono state le tappe fondamentali dal suo concepimento fino ad oggi.

Il primo brevetto che è possibile ricondurre al pancreas artificiale risale all'anno 1973 e riguarda l'interazione non spontanea con la concentrazione di glucosio del sangue mediante una apparecchiatura formata da membrane in grado di variare questo parametro sfruttando il fenomeno fisico della pressione osmotica.

Il secondo brevetto è datato 1977 ed è particolarmente interessante per due motivi: in primo luogo perché rappresenta un nuovo approccio nel controllo automatico di rilascio di insulina mediante l'utilizzo di bioreattori, mentre in secondo luogo perché la casa farmaceutica che si aggiudicò questo brevetto fu la "Sanofi", dunque si deduce chiaramente come l'interesse per questa tecnologia stesse crescendo molto rapidamente non solo all'interno dei centri di ricerca.

Nel 1985 per la prima volta si passò ad una concezione di pancreas artificiale mobile, formato da una pompa di insulina a rilascio manuale e misuratore di glicemia a controllo non automatico.

Nel 1992 venne creata una prima bozza del funzionamento odierno sfruttando dei prelievi periodici di sangue per controllare il livello glicemico e agire di conseguenza.

Nel 1998 si assistette ad una grande innovazione nell'ambito delle pompe a rilascio graduale permettendo un notevole sviluppo verso sistemi automatizzati.

Nel 2008 l'università di Akron idealizzò per la prima volta il sistema completo di tutte e 4 le componenti funzionanti contemporaneamente.

Nel 2014 venne realizzato un glucometro a controllo continuo da poter interfacciare con una pompa di insulina mediante connessione wireless. Nel 2007 era stato presentato un primo glucometro portatile.

Arriviamo infine nel 2015 quando Medtronic presenta un primo modello completo e adatto all'utilizzo su scala globale: 640G.

Dalla nascita al paziente: viaggio fra protagonisti e luoghi del pancreas artificiale

La tecnologia del pancreas artificiale venne ideata, ottimizzata e sviluppata nei più grandi centri universitari e clinici del mondo a partire da una decina di anni a questa parte.

Per quanto concerne il suolo europeo, hanno avuto particolare importanza l'università di Cambridge, dove nacque una delle primissime versioni (integrali) del pancreas artificiale, ideata e realizzata dal Dr. Roman Hovorka, e l'università di Padova, dove il contributo del professor Claudio Cobelli si è rivelato estremamente importante nello studio degli algoritmi ottimali per il controllo dei valori misurati.

Sul suolo americano le ricerche del Dr. Rabasa-Lhoret dell'Institut de recherches cliniques de Montréal si sono rivelate parecchio utili nell'ideare un sistema completo e funzionante che tenesse conto di tutte le possibili condizioni di lavoro.

Di questi tempi il pancreas artificiale è ancora in fase di ricerca presso i principali centri universitari e clinici di tutto il mondo, sia da un punto di vista software che da un punto di vista hardware. Tuttavia negli ospedali più avanzati è già possibile usufruire di questa tecnologia in regime sperimentale. In Italia il San Raffaele propone questo tipo di applicazione per i pazienti diabetici che soddisfano determinati requisiti necessari per le varie procedure.

Glossario e simbologia

Al seguente link è possibile trovare un glossario particolarmente completo per gli argomenti trattati in questo blog:

https://www.medtronicdiabetes.com/diabetes-care/about-diabetes/diabetes-glossary

Ricordo invece che per la simbologia tecnica è possibile fare riferimento al link seguente:

https://www.medtronicdiabetes.com/symbols-glossary

Riporto di seguito un piccolo estratto tradotto in 3 diverse lingue:

Inglese

• A1C (HbA1c) - Glycosylated hemoglobin.
• Active insulin - Bolus insulin that has been delivered to your body, but has not yet been used.
• Basal insulin - An hourly, continuous infusion of insulin delivered automatically by an insulin pump based on preprogrammed profiles and personalized rates set in the pump. The pump delivers a daily infusion of insulin that typically covers "background" insulin needs during periods of fasting (i.e., overnight and between meals).
• Basal profile - A basal rate with a start and stop time. The user can program several different profiles into their pump, each with a different basal rate, during a 24-hour period of time to achieve better glucose control.
• Beta cell - Cells of the pancreas that makes insulin.
• BG - Blood Glucose. The sugar carried by the blood to provide energy to the human body. The digestive system converts food - protein, fat and carbohydrate – into glucose, which is then absorbed directly into the blood from the small intestine. Also known as dextrose.
• Bolus insulin - A dose of insulin given to cover an expected rise in blood glucose (such as the rise after a meal or a snack) or to lower a high blood glucose down to target range.
• Carb ratio (Carbohydrate ratio) - Used when counting carbohydrates in grams. The amount of carbohydrates covered by one unit of insulin.
• CHO - Carbohydrate.
• CGM (Continuous Glucose Monitoring) - a way to measure glucose levels in real-time throughout the day and night. A tiny electrode called a glucose sensor is inserted under the skin to measure glucose levels in tissue fluid. It is connected to a transmitter that sends the information via wireless radio frequency to a monitoring and display device.
• Diabetes mellitus - A group of metabolic diseases featuring high blood glucose (sugar) levels, caused by problems with insulin production.
• Fingerstick - One method used to test blood glucose by taking a sample of blood for testing from a finger using a lancet or automatic finger puncture device.
• Glucose Limits - These are the high and low Glucose Limits recommended by your healthcare professional.
• Hyperglycemic - Elevated blood glucose as seen by monitoring blood glucose levels with or without any or all of the following symptoms: nausea, vomiting, blurred vision, headache, gastric distress, frequent urination of large amounts, and lethargy.
• Hypoglycemic - Low blood glucose as seen by monitoring blood glucose levels, with or without any or all of the following symptoms: excessive hunger, shaking or tremors, perspiration, "dancing" visions, light-headedness, headache, blurred speech, sudden mood swings or personality change.
• Insulin - A hormone that helps the body use glucose (sugar) for energy. The beta cells of the pancreas make the insulin.
• IPX7, IPX8, IP48, IP28 - Protected against water immersion. Immersion for 30 minutes at a depth of up to 1 meter.
• PSI - Pound-force per square inch.
• Rapid-acting Insulin - the fastest acting insulin currently available. It enters the bloodstream 10 to 15 minutes after it is taken and has its strongest glucose lowering effect 1 to 1 ½ hours after it is taken.
• RF - Radio frequency (RF).
• Set bolus - Selectable item available in the BOLUS MENU when the Bolus Wizard feature is inactive. One method of programming a bolus without the Bolus Wizard feature.
• Weak Signal - The pump displays an alert if it has not received data from the sensor for an amount of time that you set.

Italiano

• A1C (HbA1c) - emoglobina glicosilata.
• Insulina attiva - Insulina del bolo che è stata iniettata nel tuo corpo, ma non è ancora stata utilizzata.
• Insulina basale - Una infusione continua dell'insulina, fornita automaticamente da una pompa di insulina basata su profili preprogrammati e tassi personalizzati impostati nella pompa. La pompa offre una infusione giornaliera di insulina che copre tipicamente le esigenze di insulina "in background" durante i periodi di digiuno (cioè, durante la notte e tra i pasti).
• Profilo basale - Una tariffa basale con un tempo di inizio e di arresto. L'utente può programmare diversi profili nella propria pompa, ognuno con una frequenza basale differente, durante un periodo di 24 ore per ottenere un migliore controllo del glucosio.
• Cellula beta - cellule del pancreas che secernono l'insulina.
• BG - glucosio nel sangue. Lo zucchero trasportato dal sangue per fornire energia al corpo umano. Il sistema digestivo converte gli alimenti - proteine, grassi e carboidrati - in glucosio, che viene poi assorbito direttamente nel sangue dall'intestino. Conosciuto anche come destrosio.
• Insulina del bolo - Una dose di insulina data per coprire un aumento previsto del glucosio nel sangue (come l'aumento dopo un pasto o uno spuntino) o per abbassare un alto livello di glucosio nel sangue fino all'obiettivo.
• Carb ratio (rapporto carboidrato) - usato quando contando i carboidrati in grammi. La quantità di carboidrati coperti da un'unità di insulina.
• CHO - Carboidrati.
• CGM (Continuous Glucose Monitoring) - un modo per misurare i livelli di glucosio in tempo reale durante giorno e notte. Un piccolo elettrodo chiamato sensore di glucosio viene inserito sotto la pelle per misurare i livelli di glucosio nel fluido del tessuto. È collegato ad un trasmettitore che invia le informazioni tramite la radio frequenza wireless a un dispositivo di monitoraggio e visualizzazione.
• Diabete mellito - Un gruppo di malattie metaboliche con elevati livelli di glucosio nel sangue (zucchero), causati da problemi con la produzione di insulina.
• Fingerstick - Un metodo utilizzato per testare il glucosio nel sangue prendendo un campione di sangue per testare da un dito utilizzando un dispositivo a lancetta o un dispositivo di punzonatura automatica.
• Limiti di glucosio - Questi sono i limiti di glucosio alto e basso raccomandati dal vostro medico curante.
• Hyperglycemic - Elevato livello glicemico nel sangue visto dal monitoraggio dei livelli di glucosio nel sangue con o senza uno o tutti i seguenti sintomi: nausea, vomito, visione offuscata, mal di testa, disturbi gastrici, urinazione frequente di grandi quantità e letargia.
• Ipoglicemia - Basso livello glicemico nel sangue visto dal monitoraggio dei livelli di glucosio nel sangue, con o senza uno o tutti i seguenti sintomi: eccessiva fame, scosse o tremori, sudorazione, visioni "danzanti", chiaroscuri, mal di testa, o cambiamento di personalità.
• Insulina - Un ormone che aiuta l'organismo a bruciare glucosio (zucchero) sotto forma di energia. Le cellule beta del pancreas fanno l'insulina.
• IPX7, IPX8, IP48, IP28 - Protetto contro l'immersione in acqua. Immersione per 30 minuti in profondità fino a 1 metro.
• PSI - Forza per pollice quadrato.
• Insulina ad azione rapida - l'insulina che agisce con la massima rapidità attualmente disponibile. Entra nel flusso sanguigno 10 - 15 minuti dopo la presa e ha il suo effetto di abbassamento del glucosio più forte da 1 a 1 ora e mezzo dopo la presa.
• RF - Frequenza radio (RF).
• Settaggio del bolo - Elemento selezionabile disponibile nel MENU BOLUS quando la funzione guidata Bolus è inattiva. Un metodo per programmare un bolus senza la funzionalità guidata Bolus.
• Segnale debole - La pompa visualizza un avviso se non ha ricevuto dati dal sensore per un tempo impostato.

Spagnolo

• A1C (HbA1c) - Hemoglobina glicosilada.
• Insulina activa: insulina en bolos que se ha administrado a su cuerpo, pero que todavía no se ha utilizado.
• Insulina basal: una infusión continua de insulina por hora administrada automáticamente por una bomba de insulina basada en perfiles preprogramados y tasas personalizadas establecidas en la bomba. La bomba administra una infusión diaria de insulina que generalmente cubre las necesidades de insulina de "fondo" durante los períodos de ayuno (es decir, durante la noche y entre comidas).
• Perfil basal: una frecuencia basal con un tiempo de inicio y finalización. El usuario puede programar varios perfiles diferentes en su bomba, cada uno con una tasa basal diferente, durante un período de 24 horas para lograr un mejor control de la glucosa.
• Célula Beta - Células del páncreas que producen insulina.
• BG - Glucosa en sangre. El azúcar transportado por la sangre para proporcionar energía al cuerpo humano. El sistema digestivo convierte los alimentos (proteínas, grasas y carbohidratos) en glucosa, que luego se absorbe directamente en la sangre del intestino delgado. También conocido como dextrosa.
• Insulina en bolos: una dosis de insulina que se administra para cubrir un aumento esperado en la glucosa en sangre (como el aumento después de una comida o un refrigerio) o para reducir un nivel alto de glucosa en sangre hasta el rango objetivo.
• Proporción de carbohidratos (proporción de carbohidratos): se usa al contar carbohidratos en gramos. La cantidad de carbohidratos cubiertos por una unidad de insulina.
• CHO - Hidratos de carbono
• CGM (Monitoreo continuo de glucosa): una forma de medir los niveles de glucosa en tiempo real durante el día y la noche. Se inserta un pequeño electrodo llamado sensor de glucosa debajo de la piel para medir los niveles de glucosa en el fluido tisular. Está conectado a un transmisor que envía la información a través de radiofrecuencia inalámbrica a un dispositivo de monitorización y visualización.
• Diabetes mellitus: grupo de enfermedades metabólicas que presentan niveles altos de glucosa en sangre (azúcar), causados ​​por problemas con la producción de insulina.
• Fingerstick: un método utilizado para medir la glucosa en sangre tomando una muestra de sangre para analizarla con un dedo utilizando una lanceta o un dispositivo automático para pinchar con los dedos.
• Límites de glucosa: estos son los límites de glucosa altos y bajos recomendados por su profesional de la salud.
• Hiperglucémico: nivel elevado de glucosa en sangre que se observa controlando los niveles de glucosa en sangre con o sin alguno o todos los síntomas siguientes: náuseas, vómitos, visión borrosa, dolor de cabeza, distrés gástrico, micción frecuente de grandes cantidades y letargo.
• Hipoglucemia: glucosa en sangre baja observada al controlar los niveles de glucosa en sangre, con o sin alguno o todos los síntomas siguientes: hambre excesiva, temblores o temblores, sudoración, visiones "danzarinas", aturdimiento, dolor de cabeza, lenguaje borroso, cambios de humor repentinos o cambio de personalidad.
• Insulina: una hormona que ayuda al cuerpo a usar la glucosa (azúcar) para obtener energía. Las células beta del páncreas producen la insulina.
• IPX7, IPX8, IP48, IP28 - Protegido contra la inmersión en agua. Inmersión durante 30 minutos a una profundidad de hasta 1 metro.
• PSI - Libra por pulgada cuadrada.
• Insulina de acción rápida: la insulina de acción más rápida actualmente disponible. Entra en el torrente sanguíneo 10 a 15 minutos después de que se toma y tiene su efecto reductor de glucosa más fuerte 1 a 1 ½ horas después de que se toma.
• RF - Radio frecuencia (RF).
• Set bolus - Elemento seleccionable disponible en BOLUS MENU cuando la función Bolus Wizard está inactiva. Un método para programar un bolo sin la función Bolus Wizard.
• Señal débil: la bomba muestra una alerta si no ha recibido datos del sensor durante el tiempo establecido.

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.

Fumetti, letteratura scientifica, narrativa e cinema

Fumetti

L'argomento del pancreas artificiale è di enorme interesse per i malati di diabete T1, proprio per questo motivo la Federazione Diabete Giovanile ha pubblicato un piccolo fumetto in cui si parla dei problemi legati a questa patologia facendo qualche riferimento al miglioramento che si potrebbe avere attraverso l'utilizzo del pancreas artificiale.

Fumetto FDG.

Un altro fumetto che tratta in maniera più approfondita l'argomento, è sponsorizzato da Accu-Check, un'azienda produttrice di sensori di monitoraggio del glucosio (CGM) che sta investendo parecchio nello sviluppo di alcune componenti del pancreas artificiale.

Fumetto Accu-Check.

Infine, anche se non direttamente coinvolto, è necessario fare riferimento ad un fumetto Disney ideato per far conoscere ai bambini il diabete tipo 1.

Fumetto Disney.

Letteratura scientifica

In letteratura scientifica sono presenti numerosissime citazioni del pancreas artificiale, in particolar modo, a livello italiano, le maggiori ricerche vengono promosse da università, tra cui è doveroso ricordare l'università di Padova che fu la prima a credere in questa tecnologia.

Al seguente link è possibile trovare una tesi sull'algoritmo di funzionamento del pancreas artificiale: http://tesi.cab.unipd.it/44183/.

Narrativa, musica e cinema

Per quanto riguarda la narrativa, il cinema e la musica si rimanda al post precedente.