Micro/Nanotecnologie per il rilascio controllato di insulina nel trattamento del diabete mellito di tipo 1

Abstract

Il diabete mellito di tipo 1 (DM1) è una patologia metabolica cronica, prevalentemente ad esordio giovanile, causata da una distruzione immuno-mediata delle cellule β-pancreatiche deputate alla produzione d’insulina con conseguente mancanza di controllo glicemico. I trattamenti attualmente disponibili condizionano notevolmente la vita del paziente, in quanto prevedono la somministrazione giornaliera di insulina mediante terapie multi-iniettive o posizionamento di device a microinfusione continua. La nanomedicina può intervenire nel trattamento di tale patologia utilizzando sistemi micro-nanotecnologici in grado di modulare il rilascio di insulina in modo da rallentarlo, così da ridurre la frequenza di somministrazione, aumentando quindi la compliance e la qualità di vita del paziente. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di modificare un sistema polimerico sviluppato dall’Istituto Italiano di Tecnologia insieme all’IRCCS AOU San Martino. Si tratta di una struttura gerarchica in cui granuli d’insulina sono caricati all’interno di particelle di dimensioni micrometriche, denominate microPlates (μPLs), realizzate in acido poli(lattico-co-glicolico) (PLGA), un polimero biodegradabile e biocompatibile approvato da FDA ed EMA. Tale sistema, chiamato INS-μPLs, ha dimostrato di essere in grado di mantenere, con una singola iniezione, livelli normoglicemici per circa 7 giorni in topi diabetici C57DL/6. Apportando alcune modifiche al protocollo di sintesi del granulo d’insulina, si è ottenuta una nuova configurazione che promette di migliorare ulteriormente la durata del controllo glicemico, così da rendere più agile ed efficace la terapia del DM1. In futuro, l’implementazione di questo sistema con un sensore di glucosio in grado di modulare il rilascio di insulina in base ai livelli glicemici dei pazienti potrebbe rappresentare un ulteriore punto di svolta, consentendo una più facile gestione della malattia e un migliore compenso metabolico complessivo.

Type 1 diabetes is a juvenile chronic metabolic disease caused by an immune-mediated destruction of β-pancreatic cells, which are responsible for insulin production, resulting in a lack of glycemic control. Current available treatments strongly affect the quality of life of diabetic patients who are subjected to daily insulin administration cycles via multi-injection therapies or continuous microinfusion devices. Nanomedicine offers tools to manage diabetes by using micro-nano systems capable to modulate insulin release over long periods of time, reduce the frequency of insulin administration, thus improving patient compliance and quality of life. This experimental work aims to further improve the insulin release profile from the so-called insulin microPLates (INS-μPLs), a novel drug delivery system co-developed by the Italian Institute of Technology and the San Martino Hospital. The INS-μPLs are hierarchically structured particles comprising insulin granules dispersed within a microplate (μPL) polymeric matrix made out of poly (lactic-co-glycolic) acid (PLGA), a biodegradable and biocompatible polymer approved by most drug regulatory agencies. In diabetic C57DL/6 mice, the INS-μPLs realize normoglycemic conditions for about 7 days after one single injection. In order to further modulate insulin release from INS-μPLs, different protocols have been tested to assemble insulin granules. These novel INS-μPL configurations could improve the course of the disease, patient compliance and quality of life. In the future, INS-μPLs could be further refined by introducing a glucose molecular sensor capable to modulate insulin release in response to blood glucose levels. This could represent an additional turning point in the management of diabetes.