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.
Le pompe per insulina migliorano la vita di molte delle 415 milioni di persone con diabete in tutto il mondo monitorando la glicemia, somministrando insulina ed evitando la necessità di costanti punture sul dito ed esami del sangue. Questi apparecchi comprendono una pompa e un ago, che rilevano i livelli di glucosio, i quali ritornano alla pompa, per poi calcolare quanta insulina rilasciare con l'ago. Tuttavia, presentano uno svantaggio: sono temporanei. Dopo pochi giorni, i sensori di glucosio devono essere sostituiti. Non è solo un problema dei glucometri e delle pompe per insulina, ma anche di tutti gli impianti corporei, dopo lassi di tempo diversi. Le protesi in plastica delle ginocchia devono essere sostituite dopo 20 anni. Altri impianti, come quelli usati per ragioni estetiche, possono andare incontro allo stesso destino dopo 10 anni. Non è solo fastidioso: può essere costoso e rischioso.
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.
Questo avviene a causa del nostro sistema immunitario. Perfezionati da centinaia di milioni di anni di evoluzione, questi sistemi di difesa sono diventati incredibilmente efficaci nell'identificare corpi estranei. Il sistema immunitario vanta un impressionante arsenale di strumenti per affrontare, intercettare e distruggere tutto ciò che crede che non dovrebbe trovarsi lì. Tuttavia, la conseguenza di questa costante vigilanza è che il corpo tratta impianti utili, come le pompe per insulina, con lo stesso sospetto che avrebbe con virus pericolosi o batteri.
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.
Non appena la pompa per insulina viene impiantata nella pelle, scatena ciò che si conosce come "reazione da corpo estraneo". Le proteine che si muovono liberamente si attaccano alla superficie dell'impianto. Tra queste proteine vi sono gli anticorpi, che cercano di neutralizzare il nuovo oggetto e inviano un segnale che richiama le altre cellule immunitarie sul posto per rafforzare l'attacco.
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.
Le cellule infiammatorie, come i neutrofili e i macrofagi, rispondono alla chiamata di emergenza. I neutrofili rilasciano piccoli granuli pieni di enzimi che cercano di rompere la superficie dell'ago della pompa per insulina. Anche i macrofagi secernono enzimi, insieme a radicali di ossido nitrico, che creano una reazione chimica che, col tempo, deteriora l'oggetto. Se i macrofagi non riescono a eliminare velocemente il corpo estraneo, si fondono, formando una massa di cellule, chiamata "cellula gigante". Allo stesso tempo, le cellule chiamate fibroblasti arrivano sul posto e depositano strati di tessuto connettivo denso. Avvolgono l'ago che la pompa usa per somministrare l'insulina e misurare i livelli di glucosio. Col tempo, questo rivestimento si accumula, formando una cicatrice intorno all'impianto.
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 cicatrice funziona come un muro quasi impenetrabile che potrebbe bloccare le interazioni vitali tra il corpo e l'impianto. Per esempio, le cicatrici intorno ai pacemaker possono interrompere la trasmissione elettrica, essenziale per il loro funzionamento. Le articolazioni sintetiche del ginocchio rilasciano particelle quando si logorano, causando l'infiammazione delle cellule immunitarie intorno a questi frammenti. Purtroppo, l'attacco del sistema immunitario può essere letale.
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.
I ricercatori stanno cercando modi per ingannare il sistema immunitario affinché riconosca i nuovi dispositivi introdotti nei tessuti corporei. Abbiamo scoperto che, rivestendo gli impianti con farmaci e sostanze chimiche, la risposta immunitaria può essere attenuata. In questo modo, gli impianti risultano invisibili al sistema immunitario. Stiamo anche creando sempre più impianti fatti di materiali naturali e in forme che imitano direttamente i tessuti, affinché il corpo lanci un attacco più debole rispetto a quello contro un impianto completamente artificiale. Alcune cure mediche implicano impianti progettati per rigenerare tessuti persi o danneggiati. In questi casi, possiamo progettare impianti contenenti ingredienti che rilasceranno segnali specifici
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.
e adatteranno con cura le reazioni immunitarie. In futuro, questa forma di collaborazione con il sistema immunitario potrebbe aiutarci a sviluppare organi completamente artificiali, protesi totalmente integranti e terapie di auto-guarigione. Un giorno, queste cure potrebbero rivoluzionare la medicina