Dispositivo implantável pode salvar diabéticos da hipoglicemia

Anne Trafton | MIT News

Para pessoas com diabetes tipo 1, o desenvolvimento de hipoglicemia, ou baixo nível de açúcar no sangue, é uma ameaça constante. Quando os níveis de glicose se tornam extremamente baixos, isso cria uma situação que pode colocar a vida em risco, e o tratamento padrão é a injeção de um hormônio chamado glucagon.

Como um recurso emergencial de backup, para casos em que os pacientes podem não perceber que o nível de açúcar no sangue está caindo para níveis perigosos, engenheiros do MIT desenvolveram um reservatório implantável que pode permanecer sob a pele e ser acionado para liberar glucagon quando os níveis de açúcar no sangue ficarem muito baixos.

Essa abordagem também pode ajudar em situações em que a hipoglicemia ocorre durante o sono, ou para crianças diabéticas que não conseguem administrar as injeções por conta própria.

“Este é um pequeno dispositivo para eventos emergenciais que pode ser colocado sob a pele, onde estará pronto para agir caso o nível de açúcar no sangue do paciente caia demais,” afirma Daniel Anderson, professor do Departamento de Engenharia Química do MIT, membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer e do Instituto de Engenharia Médica e Ciência (IMES), e autor sênior do estudo. “Nosso objetivo foi construir um dispositivo que esteja sempre pronto para proteger os pacientes da hipoglicemia. Acreditamos que isso também pode ajudar a aliviar o medo da hipoglicemia que muitos pacientes, e seus pais, enfrentam.”

Os pesquisadores demonstraram que esse dispositivo também pode ser usado para administrar doses emergenciais de epinefrina, um medicamento usado para tratar ataques cardíacos e que também pode prevenir reações alérgicas graves, incluindo choque anafilático.

Siddharth Krishnan, ex-pesquisador do MIT e atualmente professor assistente de engenharia elétrica na Universidade de Stanford, é o autor principal do estudo, que foi publicado na revista Nature Biomedical Engineering.

Resposta emergencial

A maioria dos pacientes com diabetes tipo 1 utiliza injeções diárias de insulina para ajudar o corpo a absorver o açúcar e evitar que os níveis de glicose no sangue fiquem muito altos. Contudo, se os níveis de açúcar caírem demais, eles desenvolvem hipoglicemia, que pode causar confusão, convulsões e, se não tratada, pode ser fatal.

Para combater a hipoglicemia, alguns pacientes carregam seringas pré-carregadas com glucagon, um hormônio que estimula o fígado a liberar glicose na corrente sanguínea. No entanto, nem sempre é fácil para as pessoas, especialmente crianças, perceberem quando estão ficando hipoglicêmicas.

“Alguns pacientes conseguem sentir quando o açúcar no sangue está baixo e vão comer algo ou se administram glucagon,” diz Anderson. “Mas alguns não têm consciência de que estão hipoglicêmicos e podem simplesmente entrar em confusão ou coma. Isso também é um problema quando os pacientes estão dormindo, pois eles dependem dos alarmes dos sensores de glicose para acordá-los quando o açúcar cai a níveis perigosos.”

Para facilitar o combate à hipoglicemia, a equipe do MIT buscou projetar um dispositivo de emergência que pudesse ser acionado tanto pela própria pessoa quanto automaticamente por um sensor.

O dispositivo, que tem aproximadamente o tamanho de uma moeda de 25 centavos, contém um pequeno reservatório de medicamento feito de um polímero impresso em 3D. O reservatório é selado com um material especial conhecido como liga com memória de forma, que pode ser programada para mudar de formato quando aquecida. Neste caso, os pesquisadores usaram uma liga de níquel-titânio programada para se curvar de uma chapa plana para um formato em U ao ser aquecida a 40 graus Celsius.

Como muitos outros medicamentos proteicos ou peptídicos, o glucagon tende a se degradar rapidamente, por isso a forma líquida não pode ser armazenada a longo prazo no corpo. Em vez disso, a equipe do MIT criou uma versão em pó do medicamento, que permanece estável por muito mais tempo e fica no reservatório até ser liberada.

Cada dispositivo pode conter uma ou quatro doses de glucagon, e também inclui uma antena sintonizada para responder a uma frequência específica na faixa de radiofrequência. Isso permite que ele seja acionado remotamente para ativar uma pequena corrente elétrica, que é usada para aquecer a liga com memória de forma. Quando a temperatura atinge o limite de 40 graus Celsius, a chapa se curva em formato de U, liberando o conteúdo do reservatório.

Como o dispositivo pode receber sinais sem fio, ele também poderia ser projetado para que a liberação do medicamento fosse acionada por um monitor de glicose quando o nível de açúcar no sangue do usuário cair abaixo de um determinado limite.

“Uma das principais características desse tipo de sistema digital de entrega de medicamentos é que ele pode se comunicar com sensores,” explica Krishnan. “No caso, a tecnologia de monitoramento contínuo de glicose que muitos pacientes usam seria algo fácil para esses dispositivos se conectarem.”

Revertendo a hipoglicemia

Após implantar o dispositivo em camundongos diabéticos, os pesquisadores o usaram para disparar a liberação de glucagon enquanto os níveis de açúcar no sangue dos animais estavam caindo. Em menos de 10 minutos após a ativação da liberação do medicamento, os níveis de glicose começaram a se estabilizar, permanecendo dentro da faixa normal e evitando a hipoglicemia.

Os pesquisadores também testaram o dispositivo com uma versão em pó de epinefrina. Eles descobriram que, em até 10 minutos após a liberação do medicamento, os níveis de epinefrina na corrente sanguínea aumentaram e a frequência cardíaca subiu.

No estudo, os dispositivos permaneceram implantados por até quatro semanas, mas agora os pesquisadores planejam verificar se podem estender esse tempo para pelo menos um ano.

“A ideia é ter doses suficientes para fornecer esse resgate terapêutico durante um período significativo. Não sabemos exatamente qual seria esse tempo — talvez um ano, talvez alguns anos — e estamos trabalhando para estabelecer qual é a duração ideal. Mas depois disso, o dispositivo precisaria ser substituído,” diz Krishnan.

Normalmente, quando um dispositivo médico é implantado no corpo, forma-se tecido cicatricial ao seu redor, o que pode interferir em seu funcionamento. No entanto, neste estudo, os pesquisadores mostraram que, mesmo após a formação de tecido fibrótico ao redor do implante, conseguiram ativar a liberação do medicamento com sucesso.

Os pesquisadores agora estão planejando estudos adicionais em animais e esperam iniciar os testes clínicos com o dispositivo dentro dos próximos três anos.

“É realmente empolgante ver nossa equipe alcançar isso, e espero que um dia isso possa ajudar pacientes diabéticos e, de forma mais ampla, estabelecer um novo paradigma para a entrega de medicamentos de emergência,” afirma Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT e autor do artigo.

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Outros autores do artigo incluem Laura O’Keeffe, Arnab Rudra, Derin Gumustop, Nima Khatib, Claudia Liu, Jiawei Yang, Athena Wang, Matthew Bochenek, Yen-Chun Lu, Suman Bose e Kaelan Reed.

A pesquisa foi financiada pela Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, pelos National Institutes of Health, por uma bolsa de pós-doutorado da JDRF e pelo National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering.

Reproduzido com permissão do MIT News.