Las inyecciones de insulina podría convertirse en una cosa del pasado para las personas que padecen diabetes gracias a un nuevo invento de investigadores de la Universidad de Carolina del Norte (UNC) y el Estado de Carolina del Norte, en Estados Unidos, que han creado la primer 'parche inteligente de insulina' que puede detectar aumentos en los niveles de azúcar en sangre y secretar dosis de insulina en el torrente sanguíneo cuando sea necesario.
El parche está cubierto con más de un centenar de agujas diminutas, cada una del tamaño de una pestaña. Estas 'microagujas' están llenas de unidades de almacenamiento microscópicas de insulina y enzimas de detección de la glucosa que liberan rápidamente su carga cuando los niveles de azúcar en la sangre son demasiado altos.
El estudio, que se publica este lunes en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS), encontró que el nuevo parche indoloro podría disminuir la glucosa en sangre en un modelo de ratón de la diabetes tipo 1 durante un máximo de nueve horas. Aunque se necesitarán más pruebas preclínicas y ensayos clínicos posteriores en seres humanos antes de que el parche se pueda administrar a los pacientes, el enfoque muestra una gran promesa, según los autores.
'Hemos diseñado un parche para la diabetes que trabaja rápido, es fácil de usar y está hecho de materiales no tóxicos biocompatibles', explica el coautor principal Zhen Gu, profesor de la colaboración entre el Departamento de Ingeniería Biomédica del Estado de Carolina del Norte/UNC. 'Todo el sistema se puede personalizar para tener en cuenta el peso de un diabético y la sensibilidad a la insulina -detalla-- así que pudimos hacer que el parche fuera aún más inteligente'.
La diabetes afecta a más de 387 millones de personas en todo el mundo y se espera que ese número aumente a 592 millones para el año 2035. Los pacientes con diabetes tipo 1 y diabetes tipo 2 avanzada tratan de mantener sus niveles de azúcar en la sangre bajo control con pinchazos regulares en los dedos y repetidas inyecciones de insulina, un proceso que es doloroso e impreciso.
El doctor John Buse, coautor principal del artículo de 'PNAS', y director del Centro de Atención de Diabetes de UNC, resalta: 'La inyección de la cantidad incorrecta de la medicación puede llevar a complicaciones significativas como la ceguera y amputaciones de las extremidades o, incluso, consecuencias más desastrosas tales como comas diabéticos y la muerte'.
Los investigadores han tratado de eliminar la posibilidad de error humano mediante la creación de 'sistemas de circuito cerrado' que se conectan directamente a los dispositivos que hacen un seguimiento de azúcar en la sangre y administran la insulina. Sin embargo, estos enfoques implican sensores y bombas mecánicas, con catéteres con punta de aguja que tienen que pegarse debajo de la piel y se sustituyen cada pocos días.
En lugar de inventar otro sistema completamente artificial, Gu y sus colegas decidieron emular a los generadores de insulina natural del cuerpo conocidos como células beta. Estas células versátiles actúan como fábricas y como almacenes, fabricando y almacenando la insulina en pequeños sacos llamados vesículas. También se comportan como los centros de llamadas de alarma, detectando aumentos en los niveles de azúcar en sangre e indicando la liberación de la insulina en el torrente sanguíneo.
'Hemos construido vesículas artificiales para realizar estas mismas funciones mediante el uso de dos materiales que podrían ser fácilmente encontrados en la naturaleza', afirma el primer autor del texto de 'PNAS' Jiching Yu, estudiante de doctorado en el laboratorio de Gu.
El primer material era ácido hialurónico o HA, una sustancia natural que es un ingrediente de muchos cosméticos. El segundo era 2-nitroimidazol o NI, un compuesto orgánico comúnmente empleado en el diagnóstico. Los investigadores conectaron los dos para crear una nueva molécula, con un extremo que era atraído por el agua o hidrófilo y el otro que repelía el agua o hidrofóbico. Autoensamblaron una mezcla de estas moléculas en una vesícula, al igual que la coalescencia de gotas de aceite en agua, con los extremos hidrófobos apuntando hacia dentro y los extremos hidrófilos apuntando hacia afuera.
El resultado fue millones de estructuras similares a burbujas, cada una cien veces más pequeña que la anchura de un cabello humano. En cada una de estas vesículas, los investigadores insertaron un núcleo sólido de la insulina y enzimas especialmente diseñadas para detectar glucosa.
En experimentos de laboratorio, cuando los niveles de azúcar en la sangre aumentaron, el exceso de glucosa se amontonó en las vesículas artificiales. Las enzimas convirtieron entonces la glucosa en ácido glucónico, consumiendo oxígeno todo el tiempo. La falta de oxígeno o 'hipoxia' resultante provocó que las moléculas hidrofóbicas NI se convirtieran en hidrófilas, haciendo que las vesículas se rompan rápidamente y envíen la insulina en el torrente sanguíneo.
Una vez que los investigadores diseñaron estas 'nanopartículas inteligentes de insulina', tenían que encontrar una manera de administrarlas a los pacientes con diabetes. En lugar de depender de las grandes agujas o catéteres que tenían enfoques anteriores, decidieron incorporar estas bolas de detección de azúcar, liberando el material de insulina en una matriz de pequeñas agujas.
Gu creó estas 'microagujas' utilizando el mismo ácido hialurónico que era un ingrediente principal de las nanopartículas, sólo que en una forma más rígida, por lo que las pequeñas agujas eran lo suficientemente rígidas como para perforar la piel. Estos expertos dispusieron más de un centenar de estas microagujas en una franja delgada de silicio para crear lo que se ve como una pequeña versión indolora de una cama de clavos. Cuando este parche se colocó sobre la piel, las microagujas penetraron la superficie, dando golpecitos en la sangre que fluye a través de los capilares justo por debajo.
Los investigadores probaron la capacidad de este método para controlar los niveles de azúcar en la sangre en un modelo de ratón de la diabetes tipo 1. Para ello, dieron a un conjunto de ratones una inyección estándar de la insulina y midieron los niveles de glucosa en la sangre, que se redujo a niveles normales, pero luego rápidamente se elvó de nuevo en el rango hiperglucémico. En contraste, cuando los científicos trataron a otro grupo de ratones con el parche de microagujas, vieron que los niveles de glucosa en sangre se llevaron bajo control a lo largo de treinta minutos y se así se mantuvieron durante varias horas.
Además, los investigadores encontraron que podían sintonizar el parche para alterar los niveles de glucosa en la sangre sólo dentro de un cierto rango variando la dosis de enzima contenida en cada una de las microagujas. También encontraron que el parche no plantea los peligros que tienen las inyecciones de insulina. Las inyecciones pueden provocar el desplome de azúcar en la sangre a niveles peligrosamente bajos cuando se administra con demasiada frecuencia.
'La parte más difícil de la atención de la diabetes no son las inyecciones de insulina o los controles de azúcar en la sangre o la dieta, sino el hecho de tener que hacer todos ellos varias veces al día todos los días por el resto de su vida', resalta Buse, director del Instituto Traslacional de Ciencias Clínicas de Carolina del Norte (NC TraCS), por sus siglas en inglés, y expresidente de la Asociación Americana de Diabetes. 'Si podemos conseguir que estos parches funcionen en las personas, será un elemento de cambio', añade.