Il diabete è una malattia cronica che si manifesta quando il pancreas non produce insulina o quando, anche se prodotta, non viene assimilata dall’organismo in modo corretto e per questo motivo il corpo non è in grado di utilizzarla. Durante la digestione, il glucosio circola nel sangue e fornisce nutrimento alle cellule. Per potere trasferire il glucosio nelle cellule, l’organismo ha bisogno dell’insulina, che viene prodotta dal Pancreas e diffusa in seguito nel flusso ematico.
Per una persona affetta da diabete il pancreas rallenta sempre più queste funzionalità e, non riuscendo più a controllare il tasso di glucosio presente nel sangue, fa sì che avvenga il fenomeno chiamato iperglicemia. I malati di diabete di Tipo I (o insulinodipendenti) devono sopperire a questa inefficienza o mancanza pancreatica con l’iniezione di insulina artificiale in corrispondenza dell’orario dei pasti, ossia il momento in cui avviene un aumento di zuccheri nel sangue.
La diffusione del diabete tra la popolazione ha fatto suonare un campanello d’allarme tra scienziati e medici. Le proiezioni statistiche affermano che entro il 2025 ci saranno regioni nel mondo (come Messico, Brasile e Medio Oriente) dove oltre il 14% della popolazione sarà affetta dal diabete. L’educazione alimentare e la prevenzione sono alla base di numerose iniziative mondiali per la lotta al diabete, ma la strada è chiaramente tutta in salita.
Queste premesse hanno fatto da sfondo all’evento organizzato presso la facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Pavia, lo scorso 27 novembre. Da diversi anni la scuola di ingegneria pavese si occupa di questo importante tema e in questo seminario si è potuti venire in contatto con gli ultimi sviluppi della ricerca. La prima interessante novità riguarda lo sviluppo di algoritmi in grado di sostituire le funzionalità corrotte del pancreas, mentre la seconda si focalizza su un approccio ingegneristico e matematico di studio delle proteine coinvolte nella malattia e nel trattamento della stessa.
L’evento, intitolato “Ingegneria e Medicina: la Sfida al Diabete“, rientra nel circolo degli eventi rivolti ai dottorandi dell’ateneo pavese organizzati dall’IEEE Student Branch di Pavia. Il pancreas artificiale è stato il tema trattato da Mirko Messori (in foto), dottorando al secondo anno del laboratorio di identificazione e controllo di sistemi dinamici. La sua presentazione si è focalizzata sullo sviluppo di un algoritmo ad anello chiuso per il controllo del dispensatore di insulina (chiamato pompa insulinica o microinfusore) nei pazienti malati.
In termini ingegneristici, la definizione “ad anello chiuso” indica un processo dotato di retroazione: “i dati forniti in ingresso ad una routine sono legati ai risultati prodotti da essa”. Nel mondo del controllo e dell’informatica applicata al diabete questo si traduce in un codice che permette di ottenere dati da un sensore di glicemia sottocutaneo, processarli ed inviare al dispensatore la corretta quantità di insulina da somministrare al paziente.
L’algoritmo è complesso ed evoluto, ed è in grado di prevedere la dose di insulina che il paziente necessiterà nell’arco delle 24 ore, tenendo conto di una grande quantità di variabili che influenzano la vita di un paziente diabetico. In particolare, l’algoritmo è in grado di adattarsi ed imparare dalla vita quotidiana della persona che lo sfrutta, riducendo in questo modo i casi di iperglicemia ed i rischiosi casi di ipoglicemia, che in casi estremi possono addirittura provocare quello che in termini medici è definito coma diabetico.
La seconda presentazione della giornata è stata incentrata su un algoritmo matematico basato sull’approccio denominato PK/PD. Il modello è stato ottimizzato per un farmaco particolare, ma il suo carattere generale permetterà di essere utilizzato su un’ampia gamma di farmaci in futuro. Un modello di questo genere permette di analizzare in simulazione una grande quantità di farmaci e di scegliere quello che meglio si adatta alla malattia da trattare. Questa necessità nasce dal fatto che gli investimenti economici per lo sviluppo di una terapia sono notevoli e poter individuare il farmaco che avrà maggiori possibilità di buona riuscita, tra tanti, permetterebbe in anticipo di scartare gli altri farmaci meno prestanti.
La presentazione di questo progetto ha visto come protagonista Enrica Mezzalana (in foto) del laboratorio di informatica biomedica dedicato a “Mario Stefanelli”. Nel finale dell’evento Francesca Vitali ha presentato un secondo modello matematico capace di snocciolare le caratteristiche delle proteine in termini di matching da parte di altre molecole.
Ad ogni terminazione del complesso reticolo proteico viene associato un numero, un punteggio, dipendente dalla lontananza dal centro della molecola. L’algoritmo è in grado di trovare i percorsi migliori, partendo dal centro, fino agli estremi della rete, minimizzando la funzione di costo definita dal punteggio di ogni terminazione. Il modello permette quindi di esplorare diverse proteine e selezionare quale meglio può interagire con la molecola processata dall’algoritmo.
Solo negli anni ’80 un paziente doveva utilizzare siringhe di vetro sterilizzate per iniettarsi l’insulina. Oggi invece, grazie alla ricerca, un paziente diabetico è in grado di gestire in maniera molto più semplice la propria terapia per curare la malattia. La sfida al diabete è ancora lunga da vincere, ma centri specializzati in tutto il mondo stanno investendo grandi quantità di risorse e talenti.
I dottorandi dell’Università di Pavia e i loro team, affermano che anno dopo anno si stanno ottenendo risultati sempre più importanti e positivi in questo campo, traducendosi in un netto miglioramento della qualità della vita dei pazienti diabetici.
luca ballista – Activators Pavia