Pour les personnes atteintes de diabète de type 1, le développement d'une hypoglycémie ou une basse glycémie est une menace toujours présente. Lorsque les niveaux de glucose deviennent extrêmement faibles, il crée une situation mortelle pour laquelle le traitement standard des soins injecte une hormone appelée glucagon.
En tant que sauvegarde d'urgence, pour les cas où les patients peuvent ne pas se rendre compte que leur glycémie diminue à des niveaux dangereux, les ingénieurs du MIT ont conçu un réservoir implantable qui peut rester sous la peau et être déclenché pour libérer du glucagon lorsque le taux de glycémie devient trop bas.
Cette approche pourrait également aider dans les cas où une hypoglycémie se produit pendant le sommeil ou pour les enfants diabétiques qui ne sont pas en mesure d'administrer des injections par eux-mêmes.
Il s'agit d'un petit dispositif d'événement d'urgence qui peut être placé sous la peau, où il est prêt à agir si la glycémie du patient tombe trop faible. Notre objectif était de construire un appareil qui est toujours prêt à protéger les patients de la basse glycémie. Nous pensons que cela peut également aider à soulager la peur de l'hypoglycémie dont de nombreux patients et leurs parents souffrent. «
Daniel Anderson, professeur au Département de génie chimique du MIT, membre du Koch Institute de recherche sur le cancer intégratif du MIT et de l'Institut d'ingénierie médicale et de sciences (IMES), et auteur principal de l'étude
Les chercheurs ont montré que ce dispositif pouvait également être utilisé pour délivrer des doses d'urgence d'épinéphrine, un médicament qui est utilisé pour traiter les crises cardiaques et peut également prévenir de graves réactions allergiques, y compris un choc anaphylactique.
Siddharth Krishnan, ancien chercheur du MIT qui est maintenant professeur adjoint de génie électrique à l'Université de Stanford, est l'auteur principal de l'étude, qui apparaît aujourd'hui dans Génie biomédical de la nature.
Réponse d'urgence
La plupart des patients atteints de diabète de type 1 utilisent des injections d'insuline quotidiennes pour aider leur corps à absorber le sucre et à empêcher leur glycémie de devenir trop élevée. Cependant, si leur glycémie devient trop faible, ils développent une hypoglycémie, ce qui peut entraîner une confusion et des crises, et peut être fatal si cela ne fait pas partie.
Pour lutter contre l'hypoglycémie, certains patients portent des seringues préchargées de glucagon, une hormone qui stimule le foie à libérer du glucose dans la circulation sanguine. Cependant, il n'est pas toujours facile pour les gens, en particulier les enfants, de savoir quand ils deviennent hypoglycémiques.
« Certains patients peuvent sentir lorsqu'ils obtiennent une glycémie basse et vont manger quelque chose ou se donner du glucagon », explique Anderson. « Mais certains ne savent pas qu'ils sont hypoglycémiques, et ils peuvent simplement se glisser dans la confusion et le coma. C'est aussi un problème lorsque les patients dorment, car ils dépendent des alarmes de capteur de glucose pour les réveiller lorsque le sucre tombe dangereusement bas. »
Pour faciliter la contre-contre-hypoglycémie, l'équipe du MIT a décidé de concevoir un appareil d'urgence qui pourrait être déclenché soit par la personne qui l'utilise, soit automatiquement par un capteur.
L'appareil, qui est à peu près à la taille d'un quart, contient un petit réservoir de médicament en polymère imprimé en 3D. Le réservoir est scellé avec un matériau spécial connu sous le nom d'alliage de mémoire de forme, qui peut être programmé pour changer sa forme lorsqu'il est chauffé. Dans ce cas, le chercheur a utilisé un alliage de nickel-titane qui est programmé pour se recroqueviller d'une dalle plate en une forme en U lorsqu'elle est chauffée à 40 degrés Celsius.
Comme beaucoup d'autres médicaments protéiques ou peptidiques, le glucagon a tendance à se décomposer rapidement, de sorte que la forme liquide ne peut pas être stockée à long terme dans le corps. Au lieu de cela, l'équipe du MIT a créé une version en poudre du médicament, qui reste stable pour beaucoup plus longtemps et reste dans le réservoir jusqu'à sa libération.
Chaque appareil peut transporter une ou quatre doses de glucagon, et il comprend également une antenne réglée pour répondre à une fréquence spécifique dans la plage de radiofréquence. Cela lui permet d'être déclenché à distance pour allumer un petit courant électrique, qui est utilisé pour chauffer l'alliage de mémoire de forme. Lorsque la température atteint le seuil de 40 degrés, la dalle se plie en une forme U, libérant le contenu du réservoir.
Parce que l'appareil peut recevoir des signaux sans fil, il peut également être conçu pour que la libération de médicament soit déclenchée par un moniteur de glucose lorsque la glycémie du porteur tombe en dessous d'un certain niveau.
« L'une des principales caractéristiques de ce type de système de livraison de médicaments numériques est que vous pouvez le faire parler aux capteurs », explique Krishnan. « Dans ce cas, la technologie continue de surveillance du glucose que beaucoup de patients utilisent est quelque chose qui serait facile pour ces types d'appareils avec lesquels l'interfacer. »
Inverser l'hypoglycémie
Après avoir implanté l'appareil chez des souris diabétiques, les chercheurs l'ont utilisé pour déclencher la libération du glucagon à mesure que la glycémie des animaux baissait. En moins de 10 minutes après l'activation de la libération du médicament, la glycémie a commencé à se déplacer, ce qui leur permet de rester dans la plage normale et d'éviter l'hypoglycémie.
Les chercheurs ont également testé l'appareil avec une version en poudre d'épinéphrine. Ils ont constaté que dans les 10 minutes suivant la libération du médicament, les niveaux d'épinéphrine dans la circulation sanguine devenaient élevés et que la fréquence cardiaque a augmenté.
Dans cette étude, les chercheurs ont gardé les appareils implantés jusqu'à quatre semaines, mais ils prévoient maintenant de voir s'ils peuvent prolonger ce temps jusqu'à au moins un an.
« L'idée est que vous auriez suffisamment de doses qui peuvent fournir cet événement de sauvetage thérapeutique sur une période importante. Nous ne savons pas exactement ce que c'est – peut-être un an, peut-être quelques années, et nous travaillons actuellement à établir ce qu'est la vie optimale. Mais après cela, il faudrait remplacer », dit Krishnan.
En règle générale, lorsqu'un dispositif médical est implanté dans le corps, le tissu cicatriciel se développe autour du dispositif, ce qui peut interférer avec sa fonction. Cependant, dans cette étude, les chercheurs ont montré que même après la formation de tissu fibrotique autour de l'implant, ils ont pu déclencher avec succès la libération du médicament.
Les chercheurs prévoient désormais des études supplémentaires sur les animaux et espèrent commencer à tester l'appareil dans les essais cliniques au cours des trois prochaines années.
« C'est vraiment excitant de voir notre équipe accomplir ceci, qui, je l'espère, aidera un jour les patients diabétiques et pourrait plus largement fournir un nouveau paradigme pour fournir une médecine d'urgence », explique Robert Langer, professeur de l'Institut David H. Koch au MIT et auteur de l'article.
Les autres auteurs de l'article incluent Laura O'Keeffe, Arnab Rudra, Derin Gumustop, Nima Khatib, Claudia Liu, Jiawei Yang, Athena Wang, Matthew Bochenek, Yen-Chun Lu, Suman Bose et Kaelan Reed.
La recherche a été financée par le Leona M. et Harry B. Helmsley Charitable Trust, les National Institutes of Health, une bourse postdoctorale du DRF et le National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering.
