Robotica per il diabete: nasce a Pisa un innovativo sistema impiantabile per infondere insulina

Il dispositivo, primo al mondo con queste caratteristiche, viene impiantato a livello addominale nello spazio extraperitoneale. Funge da pompa per l’insulina, ricaricabile grazie a capsule magnetiche ingeribili. A metterlo a punto Scuola Sant’Anna e università della città toscana

Un sistema robotico impiantabile per infondere l’insulina, ricaricabile grazie a capsule ingeribili intelligenti. Il primo al mondo con queste caratteristiche. È l’innovazione nata da uno studio dei ricercatori dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna, i dipartimenti di Area Medica dell’Università di Pisa e dell’Azienda ospedaliero-universitaria Pisana. La scoperta è stata pubblicata sulla rivista Science Robotics.

Come funziona

Il dispositivo è stato denominato Pillsid (PILl-refiLled implanted System for Intraperitoneal Delivery) e, al momento, è stato validato a livello preclinico. È composto da un piccolo sistema impiantabile che funge da pompa per l’insulina, e da pillole ingeribili cariche di insulina in grado di ricaricare il dispositivo. Il robot viene impiantato chirurgicamente a livello addominale nello spazio extraperitoneale e s’interfaccia con l’intestino. Ha le caratteristiche di una pompa in grado di rilasciare insulina con elevata precisione. Quando il serbatoio della pompa va “in riserva”, una pillola ingeribile avrà il compito di rifornirlo attraverso uno speciale sistema di aggancio e trasferimento del farmaco dalla pillola al serbatoio del robot. Le pillole, ingerite normalmente, attraversano il tratto intestinale fino a una zona di “attracco” ricavata in un’ansa dell’intestino. Un meccanismo magnetico si attiva per catturare la capsula, aspirare l’insulina e riempire il serbatoio. A questo punto il meccanismo magnetico si disattiva e la capsula vuota riprende il suo percorso fino alla normale espulsione. In combinazione con un sensore per il glucosio e un algoritmo di controllo, la pompa libererà l’insulina nei tempi e nelle quantità necessarie per una corretta regolazione glicemica, operando così come il primo pancreas artificiale totalmente impiantabile.

Strategia alternativa

L’intuizione dei ricercatori pisani si pone come alternativa alle strategie più comuni per il controllo della glicemia, basate su iniezioni sottocutanee ripetute o su infusori indossabili. Questo consente di aggirare l’uso di porte di accesso, di cateteri, di aghi e siringhe. “Lavoriamo da tempo nella robotica per terapia e chirurgia mini-invasiva – spiega Arianna Menciassi, prorettrice vicaria della Scuola superiore Sant’Anna  – Abbiamo sviluppato capsule per il monitoraggio gastrointestinale e sistemi magnetici per azionamenti remoti in chirurgia. Nell’ambito di una scuola di dottorato, nacque l’idea di pensare alle capsule come a degli shuttle che potevano rifornire degli organi interni artificiali, così da trattare patologie croniche di estrema rilevanza. Un finanziamento della Regione Toscana ci ha permesso di ottenere questi incoraggianti risultati”.

Prossimi passi

Visti i primi risultati, il lavoro dei ricercatori va avanti e si pensa a come perfezionare il dispositivo. “Questo sistema – spiega Veronica Iacovacci, post-doc dell’Istituto di BioRobotica e prima autrice dello studio – costituisce un significativo passo avanti nel campo dei sistemi robotici totalmente impiantabili e dei dispositivi per il rilascio controllato di farmaci. I risultati ottenuti a livello preclinico sono estremamente incoraggianti e di grande importanza sia dal punto di vista tecnologico che clinico. Un dispositivo di questo tipo, potrebbe consentire nel futuro di sviluppare il primo pancreas artificiale totalmente impiantabile e potrebbe essere impiegato anche nel trattamento di altre patologie croniche e acute a carico degli organi intraperitoneali. I prossimi passi per raggiungere la pratica clinica? Riguarderanno un’accurata ingegnerizzazione del sistema, un miglioramento della tenuta stagna dell’impianto e delle interfacce con i tessuti del paziente, e infine una validazione preclinica a lungo termine per valutare i benefici prodotti dal sistema robotico nel trattamento di patologie croniche.”

Lavoro di squadra

Il sistema è stato progettato e sviluppato grazie alle competenze di robotica medica e bioingegneria dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Sant’Anna. Il protocollo preclinico, l’impianto del robot e il processo di controllo della glicemia sono frutto dell’intensa collaborazione con i Dipartimenti di Area Medica dell’Università di Pisa e dell’Aou Pisana.

“La consolidata collaborazione multidisciplinare tra ingegneri, medici, chirurghi di tre tra le più importanti istituzioni accademiche e assistenziali di Pisa – commentano Emanuele Federico Kauffmann e Fabio Vistoli, ricercatori dell’Università di Pisa e chirurghi dell’Aou Pisana, responsabili della validazione preclinica del nuovo dispositivo – ha consentito di giungere rapidamente all’applicazione sperimentale di un dispositivo originale fondato su un principio applicativo potenzialmente utilizzabile in molteplici ambiti clinici al di là di quanto testato nel quadro specifico della cura del diabete mellito. I risultati registrati – concludono i ricercatori – sono così incoraggianti da far prevedere di poter giungere in tempi altrettanto rapidi, dopo un’ulteriore fase di sviluppo e rifinitura, alla fase di piena applicazione clinica sull’uomo”.

LO STUDIO