Insulin pumps improve the lives of many of the 415 million people with diabetes around the world by monitoring blood sugar, delivering insulin, and preventing the need for constant finger-pricking and blood testing. These small machines include a pump and a needle, which can sense glucose levels, feed back to the pump, and then calculate how much insulin to deliver through the needle. But they have a catch: they’re temporary. Within a few days, glucose sensors have to be moved and replaced. And it’s not just glucose monitors and insulin pumps that have this problem, but all bodily implants, at different time scales. Plastic prosthetic knees have to be replaced after about 20 years. Other implants, such as those used for cosmetic reasons, can meet the same fate in about 10. That isn’t just a nuisance: it can be expensive and risky.
Las bombas de insulina mejoran la vida de muchas de los 415 millones de personas con diabetes en el mundo controlando el azúcar en sangre, administrando insulina, y previniendo la necesidad de constantes pinchazos en el dedo y análisis de sangre. Estas máquinas incluyen una bomba y una aguja, que detectan los niveles de glucosa retroalimentan la bomba, y luego calculan la cantidad de insulina que se administra por la aguja. Pero tienen un problema: son temporales. En unos días, los sensores de glucosa deben ser eliminados y reemplazados. Y no solo los monitores de glucosa o las bombas de insulina tienen ese problema sino todos los implantes corporales en diferentes escalas de tiempo. Las rodillas ortopédicas de plástico tienen que ser reemplazadas tras 20 años. Otros implantes, como los utilizados por razones cosméticas, pueden tener el mismo destino tras 10. No es solo una molestia: puede ser costoso y riesgoso.
This inconvenience happens because of our bodies’ immune systems. Honed by several hundred million years of evolution, these defensive fronts have become exceptionally good at identifying foreign objects. Our immune systems boast an impressive arsenal of tools to tackle, intercept, and destroy anything they believe shouldn’t be there. But the consequence of this constant surveillance is that our bodies treat helpful implants, like insulin pumps, with the same suspicion as they would a harmful virus or bacteria.
Este inconveniente ocurre debido al sistema inmunológico de nuestros cuerpos. Perfeccionado por cientos de millones de años de evolución, estas fronteras defensivas, se han vuelto excepcionalmente buenas identificando objetos extraños. El sistema inmunológico cuenta con un arsenal de herramientas para enfrentar, interceptar y destruir todo lo que cree que no debería estar allí. Pero la consecuencia de esta vigilancia constante es que nuestro cuerpo trata a implantes útiles, como bombas de insulina, con la misma sospecha que tendrían con un virus dañino o bacteria.
As soon as the insulin pump has been implanted in the skin, its presence triggers what’s known as a “foreign body response.” This starts with free-floating proteins that stick themselves to the surface of the implant. Those proteins include antibodies, which attempt to neutralize the new object and send out a signal that calls other immune cells to the site to strengthen the attack.
Tan pronto como la bomba de insulina ha sido implantada en la piel desencadena lo que se conoce como "reacción a presencia de cuerpo extraño". Comienza con proteínas que flotan libremente que se adhieren a la superficie del implante. Esas proteínas incluyen anticuerpos, que intentan neutralizar el nuevo objeto y envían una señal que llama a otras células inmunes al sitio para fortalecer el ataque.
Early-responding inflammatory cells, like neutrophils and macrophages, respond to the emergency call. Neutrophils release little granules filled with enzymes that try to break down the surface of the insulin pump’s needle. Macrophages secrete enzymes too, together with nitric oxide radicals, which create a chemical reaction that degrades the object over time. If the macrophages are unable to dispatch the foreign body rapidly, they fuse together, forming a mass of cells called a “giant cell.” At the same time, cells called fibroblasts travel to the site and begin to deposit layers of dense connective tissue. Those enclose the needle that the pump uses to deliver insulin and test for glucose levels. Over time this scaffolding builds up, forming a scar around the implant.
Las células inflamatorias, como neutrófilos y macrófagos, responden a la llamada de emergencia. Los neutrófilos liberan pequeñas gránulos llenos de enzimas que tratan de romper la superficie de la aguja de la bomba de insulina. Los macrófagos también secretan enzimas, junto con radicales de óxido nítrico, que crean una reacción química que degrada el objeto con el tiempo. Si los macrófagos no pueden despechar el cuerpo extraño rápido, se fusionan, formando una masa de células llamadas "célula gigante". Al mismo tiempo, las células llamadas fibroblastos viajan al sitio y empiezan a depositar capas de denso tejido conectivo. Envuelven la aguja que la bomba usa para administrar la insulina y analizar los niveles de glucosa. Con el tiempo este armazón se acumula, formando una cicatriz alrededor del implante.
The scar functions as an almost impenetrable wall that might start to block vital interactions between the body and the implant. For example, scarring around pacemakers can interrupt the electrical transmission that’s crucial for their functioning. Synthetic knee joints may give off particles as they’re worn down, causing immune cells to inflame around these fragments. Tragically, the immune system’s attack can even be life-threatening.
La cicatriz funciona como un muro casi impenetrable que podría empezar a bloquear las interacciones vitales entre el cuerpo y el implante. Por ejemplo, las cicatrizaciones de un marcapasos pueden interrumpir la transmisión eléctrica que es crucial para su funcionamiento. Las articulaciones de rodillas sintéticas sueltan partículas al desgastarse, causando que las células inmunitarias se inflamen alrededor de los fragmentos. Trágicamente, el ataque del sistema inmunológico puede ser mortal.
However, researchers are finding ways to trick the immune system into accepting the new devices we introduce into our bodily tissues. We’ve discovered that coating implants with certain chemicals and drugs can dampen the immune response. Those basically make the implants invisible to the immune system. We’re also making more implants out of natural materials and in forms that directly mimic tissues, so that the body launches a weaker attack than it would if it came across a completely artificial implant. Some medical treatments involve implants designed to regenerate lost or damaged tissues. In those cases, we can design the implants to contain ingredients that will release specific signals, and carefully tailor our bodies’ immune reactions.
Los investigadores encuentran formas de engañar al sistema inmunológico para que acepte nuevos dispositivos que introducimos en tejidos corporales. Hemos descubierto que los implantes con ciertos químicos y medicamentos pueden amortiguar la respuesta inmune. Es lo que hace que los implantes sean invisibles para el sistema inmunológico. También estamos haciendo más implantes de materiales naturales y en formas que imitan directamente los tejidos, para que el cuerpo lance un ataque más débil de lo que sería si se encontrara con un implante totalmente artificial. Algunos tratamientos médicos implican implantes diseñados para regenerar tejidos perdidos o dañados. En esos casos, podemos diseñar los implantes para contener ingredientes que liberen señales específicas, y adaptar con cuidado las reacciones inmunes de nuestros cuerpos.
In the future, this way of working alongside the immune system could help us develop completely artificial organs, totally integrative prostheses, and self-healing wound therapies. These treatments might one day revolutionize medicine– and transform, forever, the bodies we live in.
En el futuro, esta forma de trabajar junto con el sistema inmunológico podría ayudarnos a desarrollar órganos completamente artificiales, prótesis totalmente integradas, y terapias de auto-curación. Estos tratamientos podrían revolucionar la medicina un día, y transformar, para siempre, los cuerpos en los que vivimos.