Gli ultrasuoni aiutano a somministrare l'insulina / Ultrasound helps to deliver insulin

 Gli ultrasuoni aiutano a somministrare l'insulina / Ultrasound helps to deliver insulin

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Una nuova tecnica basata sulla nanotecnologia per la regolazione della glicemia nei diabetici potrebbe dare ai pazienti la possibilità di rilasciare insulina utilizzando un piccolo dispositivo ad ultrasuoni.

Questa innovazione, sviluppata dai ricercatori della North Carolina State University e dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, potrebbe consentire ai diabetici di far trascorrere giorni tra un'iniezione di insulina e l'altra.

"Si spera che questo rappresenti un grande passo avanti verso la possibilità di offrire ai diabetici un metodo più indolore per mantenere sani i livelli di zucchero nel sangue", ha affermato il dott. Zhen Gu, autore principale di un articolo sulla ricerca e professore associato nel programma congiunto di ingegneria biomedica presso la NC State e la UNC-Chapel Hill.

La tecnica prevede l'iniezione di nanoparticelle biocompatibili e biodegradabili nella pelle del paziente. Le nanoparticelle sono costituite da acido polilattico-coglicolico (PLGA) e contengono insulina.

A ciascuna delle nanoparticelle di PLGA viene applicato un rivestimento caricato positivamente in chitosano, un materiale biocompatibile normalmente presente nei gusci dei gamberetti, oppure un rivestimento caricato negativamente in alginato, un materiale biocompatibile normalmente presente nelle alghe.

Quando la soluzione di nanoparticelle rivestite viene miscelata, i rivestimenti, caricati positivamente e negativamente, si attraggono a vicenda per forza elettrostatica, formando una cosiddetta nanorete. Una volta iniettata nello strato sottocutaneo della pelle, questa nanorete tiene insieme le nanoparticelle ed impedisce loro di disperdersi in tutto il corpo.

Le nanoparticelle di PLGA rivestite sono anche porose; una volta nell'organismo, l'insulina inizia a diffondersi dalle nanoparticelle, ma la maggior parte dell'insulina non si disperde lontano, poiché è sospesa in una riserva di fatto nello strato sottocutaneo della pelle grazie alla forza elettrostatica della nanorete. Secondo la NCSU, questo crea essenzialmente una dose di insulina in attesa di essere immessa nel flusso sanguigno.

Quando un paziente è affetto da diabete di tipo 1 o di tipo 2 avanzato, il suo organismo necessita di una dose supplementare di insulina, un ormone che trasporta il glucosio dal flusso sanguigno alle cellule del corpo. Questi pazienti diabetici devono iniettarsi l'insulina secondo necessità per garantire che i livelli di glicemia siano nella norma.

Grazie alla nuova tecnologia sviluppata dal gruppo di Gu, un paziente diabetico non deve iniettarsi una dose di insulina, poiché questa è già presente nel corpo. I pazienti possono utilizzare un piccolo dispositivo portatile per applicare onde ultrasoniche focalizzate nel sito della nanorete, rilasciando l'insulina dal suo serbatoio di fatto nel flusso sanguigno.

I ricercatori ritengono che la tecnica funzioni perché le onde ultrasoniche eccitano microscopiche bolle di gas nel tessuto, interrompendo temporaneamente la nanorete nello strato sottocutaneo della pelle. Questa interruzione allontana le nanoparticelle, allentando la forza elettrostatica esercitata sull'insulina nel serbatoio. Questo permette all'insulina di iniziare ad entrare nel flusso sanguigno, un processo accelerato dall'effetto delle onde ultrasoniche che esercitano una pressione sull'insulina.

Quando gli ultrasuoni vengono interrotti, la forza elettrostatica si riattiva e ricompone le nanoparticelle nella nanorete. Le nanoparticelle quindi diffondono altra insulina, riempiendo nuovamente il serbatoio.

"Abbiamo condotto test di prova di fattibilità su topi da laboratorio affetti da diabete di tipo 1", ha affermato Gu in una nota. "Abbiamo scoperto che questa tecnica consente un rapido rilascio di insulina nel flusso sanguigno e che le nanoreti contengono abbastanza insulina da regolare i livelli di glucosio nel sangue fino a 10 giorni".

"Quando l'insulina si esaurisce, bisogna iniettare una nuova nanorete", afferma Jin Di, autore principale dello studio e dottorando nel laboratorio di ricerca di Gu. "La nanorete precedente si dissolve e viene completamente assorbita dall'organismo in poche settimane".

L'articolo, "Regolazione dei livelli di glucosio nel sangue attivata dagli ultrasuoni mediante nano-rete iniettabile", è pubblicato online su Advanced Healthcare Materials.

ENGLISH

A new nanotechnology-based technique for regulating blood sugar in diabetics could give patients the ability to release insulin using a small ultrasound device.

This advance, developed by researchers at North Carolina State University and the University of North Carolina at Chapel Hill, could allow diabetics to go days between injections of insulin.

‘This is hopefully a big step toward giving diabetics a more painless method of maintaining healthy blood sugar levels,’ said Dr Zhen Gu, senior author of a paper on the research and an assistant professor in the joint biomedical engineering program at NC State and UNC-Chapel Hill.

The technique involves injecting biocompatible and biodegradable nanoparticles into a patient’s skin. The nanoparticles are made out of poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) and are filled with insulin.

Each of the PLGA nanoparticles is given either a positively charged coating made of chitosan, a biocompatible material normally found in shrimp shells, or a negatively charged coating made of alginate, a biocompatible material normally found in seaweed.

When the solution of coated nanoparticles is mixed together, the positively and negatively charged coatings are attracted to each other by electrostatic force to form a so-called nano-network. Once injected into the subcutaneous layer of the skin, that nano-network holds the nanoparticles together and prevents them from dispersing throughout the body.

The coated PLGA nanoparticles are also porous; once in the body, the insulin begins to diffuse from the nanoparticles but the bulk of the insulin doesn’t stray far as it is suspended in a de facto reservoir in the subcutaneous layer of the skin by the electrostatic force of the nano-network. According to NCSU, this essentially creates a dose of insulin waiting to be delivered into the bloodstream.

When a patient has type 1 or advanced type 2 diabetes, his or her body needs additional insulin, a hormone that transports glucose from the bloodstream into the body’s cells. These diabetes patients must inject insulin as needed to ensure their blood sugar levels are in the ‘normal’ range.

Using the new technology developed by Gu’s team, a diabetes patient doesn’t have to inject a dose of insulin as it is already there. Instead, patients can use a small, hand-held device to apply focused ultrasound waves to the site of the nano-network, releasing the insulin from its de facto reservoir into the bloodstream.

The researchers believe the technique works because the ultrasound waves excite microscopic gas bubbles in the tissue, temporarily disrupting nano-network in the subcutaneous layer of the skin. That disruption pushes the nanoparticles apart, relaxing the electrostatic force being exerted on the insulin in the reservoir. This allows the insulin to begin entering the bloodstream – a process hastened by the effect of the ultrasound waves pushing on the insulin.

When the ultrasound is removed, the electrostatic force reasserts itself and pulls the nanoparticles in the nano-network back together. The nanoparticles then diffuse more insulin, refilling the reservoir.

‘We’ve done proof-of-concept testing in laboratory mice with type 1 diabetes,’ Gu said in a statement. ‘We found that this technique achieves a quick release of insulin into the bloodstream, and that the nano-networks contain enough insulin to regulate blood glucose levels for up to 10 days.’

‘When the insulin runs out, you have to inject a new nano-network,’ says Jin Di, lead author of the paper and a Ph.D. student in Gu’s research lab. ‘The previous nano-network is dissolved and fully absorbed into the body in a few weeks.’

The paper, ‘Ultrasound-Triggered Regulation of Blood Glucose Levels Using Injectable Nano-Network,’ is published online in Advanced Healthcare Materials.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/ultrasound-helps-to-deliver-insulin?