Implanterbara robotar och magnetkapslar: den nya gränsen för insulininfusion hos diabetiker

Intraperitoneal insulininfusion hos diabetespatienter: tack vare en studie från samarbetet mellan Institute of BioRobotics i Scuola Superiore Sant'Anna, avdelningarna för medicinskt område vid University of Pisa och Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana, har ett implanterbart robotsystem utvecklats (den första i världen med dessa egenskaper) som kan infusera insulin intraperitonealt hos diabetespatienter

Intraperitoneal insulininfusion hos diabetespatienter: studien, publicerad i tidskriften Science Robotics, öppnar nya scenarier för behandling av en sjukdom som drabbar miljontals människor världen över

Enheten består av ett litet system som kan implanteras i människokroppen och anslutas till tarmen för att fungera som en insulinpump, och intagbara piller laddade med insulin som kan ladda enheten när pumpens reservoar tar slut.

Enheten är ett alternativ till nuvarande strategier för blodsockerkontroll baserat på upprepade subkutana injektioner eller bärbara infusionsmedel.

Detta kringgår användningen av åtkomstportar, katetrar, nålar och sprutor.

Systemet som utvecklats av forskare som samordnats av Arianna Menciassi, biträdande rektor vid Scuola Superiore Sant'Anna, samt att möjliggöra lokal behandling och fysiologisk infusion kan vara mycket användbart för personer med typ 1-diabetes, särskilt de som måste ta insulin flera gånger om dagen.

"Vi har arbetat en tid inom robotik för terapi och minimalt invasiv kirurgi", förklarar Arianna Menciassi.

Vi har utvecklat kapslar för gastrointestinal övervakning och magnetiska system för fjärrstyrning vid kirurgi.

Som en del av en doktorandskola kom vi på idén att tänka på kapslarna som skyttlar som kan leverera konstgjorda inre organ, för att behandla extremt viktiga kroniska sjukdomar.

Finansiering från regionen Toscana har gjort det möjligt för oss att uppnå dessa uppmuntrande resultat.

Intraperitoneal insulininfusion: roboten implanteras kirurgiskt i bukets extraperitoneala utrymme och har kontakt med tarmen

Den har egenskaperna hos en pump som kan leverera insulin med hög precision.

När pumpens reservoar går "i reserv", kommer ett intagbart piller att ha till uppgift att fylla på det genom ett speciellt system för koppling och överföring av läkemedlet från p -piller till robotens reservoar.

Pillerna, som sväljs normalt, passerar genom tarmkanalen till ett "dockningsområde" i en tarmslinga.

En magnetisk mekanism aktiveras för att fånga upp kapseln, suga in insulinet och fylla behållaren.

Vid denna punkt avaktiveras den magnetiska mekanismen och den tomma kapseln återupptar sin väg till normal utvisning.

Kombinerat med en glukossensor och en kontrollalgoritm kommer pumpen att frigöra insulin vid de tillfällen och i de mängder som krävs för korrekt glykemisk reglering, och fungerar därmed som den första helt implanterbara artificiella bukspottkörteln.

Denna enhet har fått namnet PILLSID (PILl-refiLled implanterat system för intraperitoneal leverans) och har för närvarande validerats på en preklinisk nivå.

Detta system, ”förklarar Veronica Iacovacci, en postdoktor vid Institute of BioRobotics och huvudförfattare till studien,” är ett betydande steg framåt inom fullt implanterbara robotsystem och apparater för kontrollerad läkemedelsleverans.

Resultaten som erhålls på preklinisk nivå är extremt uppmuntrande och av stor betydelse både ur teknisk och klinisk synvinkel.

En anordning av denna typ kan göra det möjligt i framtiden att utveckla den första helt implanterbara artificiella bukspottkörteln och kan också användas för behandling av andra kroniska och akuta sjukdomar som påverkar intraperitoneala organ.

Vad är nästa steg för att uppnå klinisk praxis vid intraperitoneal insulininfusion?

De kommer att innebära noggrann konstruktion av systemet, förbättring av implantatets vattentäthet och gränssnitt mot patientens vävnader och slutligen långsiktig preklinisk validering för att bedöma fördelarna med robotsystemet vid behandling av kroniska sjukdomar. ”

Systemet designades och utvecklades tack vare den medicinska robottekniken och bioingenjörsexpertisen från Istituto di BioRobotica på Scuola Sant'Anna.

Det prekliniska protokollet, robotens implantation och blodsockerkontrollprocessen är resultatet av ett intensivt samarbete med avdelningarna för medicinska områden vid University of Pisa och Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana.

Emanuele Federico Kauffmann och Fabio Vistoli, forskare vid University of Pisa och kirurger vid Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana, som är ansvariga för den prekliniska valideringen av den nya enheten, säger: ”Det konsoliderade tvärvetenskapliga samarbetet mellan ingenjörer, läkare och kirurger från tre av de viktigaste akademiska och hälsoinstitutionerna i Pisa har gjort det möjligt att snabbt uppnå experimentell tillämpning av en originalapparat baserad på en tillämpningsprincip som potentiellt kan användas inom många kliniska områden utöver de specifika testerna som utförs för att behandla diabetes mellitus.

Resultaten som registrerats är så uppmuntrande att vi förväntar oss att kunna nå stadiet av fullständig klinisk tillämpning hos människor lika snabbt, efter en ytterligare fas av utveckling och förfining ”.

Stefano Del Prato, professor vid Institutionen för klinisk och experimentell medicin vid University of Pisa och chef för OU för metabola sjukdomar och diabetes vid AOUP, som deltog i forskningen med Dr. Michele Aragona, kommenterar: ”I år är det hundraårsjubileum för upptäckten av insulin, ett grundläggande skede i medicinhistorien och en vändpunkt i behandlingen av personer med diabetes.

Insulinterapi är dock komplext: det kräver flera subkutana injektioner av insulin och noggrann dosjustering baserat på många mätningar av blodglukosnivåer.

Så från början har forskning försökt hitta lösningar för att underlätta livet för personer med diabetes och för att kontrollera sjukdomen mer effektivt.

Idén om en artificiell bukspottkörtel utvecklades för 50 år sedan och vissa modeller är nu nära klinisk användning.

Men samarbetet mellan Scuola Superiore Sant'Anna, universitetet i Pisa och Azienda Ospedaliera öppnar ännu bredare och mer lovande horisonter för att erbjuda en bättre framtid för de många personer med diabetes som behandlats med insulin, just i samband med detta historiska hundraårsjubileum ”.

STUDIEDETALJER

V. Iacovacci, I. Tamadon, EF Kauffmann, S. Pane, V. Simoni, L. Marziale, M. Aragona, L. Cobuccio, M. Chiarugi, P. Dario, S. Del Prato, L. Ricotti, F. Vistoli, A. Menciassi, En helt implanterbar anordning för intraperitoneal läkemedelsleverans påfyllt av intagbara kapslar, Science Robotics 6, eabh3328 (2021);

Läs också:

University of Augsburg utfärdade en studie som länkar tubulär autofagi och njursvikt hos diabetiker

Covid kan leda till diabetes: Den italiensk-amerikanska studien om "naturmetabolism"

Källa:

Scuola Superiore Sant'Anna

Du kanske också gillar