Diabetes é a sétima causa de morte nos EUA, com cerca de 30,3 milhões de adultos com a doença. Um em cada quatro adultos nem sabe que tem diabetes.
Além disso, 84,1 milhões de adultos têm pré-diabetes – uma condição com níveis elevados de açúcar no sangue – e 90% deles não sabem que o têm. O pedágio, portanto, provavelmente só piorará.
Para evitar as complicações potencialmente fatais que surgem do diabetes, é extremamente importante que as pessoas com diabetes mantenham seus níveis de glicose no sangue dentro de uma faixa segura. Isso tem não é nem um pouco banal, no entanto, porque tem sido difícil monitorar com segurança os níveis de glicose.
Eu sou um químico, químico e engenheiro de computação que desenvolveu e conduziu pesquisas sobre um possível sistema de monitoramento que é auto-alimentado. Esses biossensores de glicose convertem a energia bioquímica armazenada em glicose no sangue – em outras palavras, do próprio corpo de uma pessoa – em energia elétrica para operar o dispositivo.
Tudo sobre o metabolismo do açúcar
Diabetes afeta como o corpo quebra os alimentos que ingerimos em açúcar. Este açúcar, ou glicose, é liberado em nossa corrente sanguínea. Em resposta, o pâncreas produz um hormônio chamado insulina, que permite que as células do corpo retirem açúcar do sangue para usar como energia.
Se você tem diabetes, seu corpo não produz insulina suficiente, como no diabetes tipo 1, ou não pode usar a insulina que produz tão bem quanto deveria para manter o metabolismo saudável do açúcar no sangue. Este último é chamado de diabetes tipo 2. Quando não há insulina suficiente, ou as células param de responder à insulina, muito açúcar permanece na corrente sanguínea. Isso pode levar a complicações sérias.
Manter o açúcar no sangue em um nível seguro é uma estratégia fundamental para o controle do diabetes e prevenção da progressão da doença. Estudos têm mostrado que pessoas em programas de controle intensivo que mantiveram seus níveis de glicose no sangue próximos do normal têm menos complicações do que as pessoas que mantêm rotineiramente níveis mais altos de açúcar no sangue. Cerca de 63,6 por cento dos adultos realizam automonitoramento diário da glicemia.
Manter os níveis de glicose no sangue é muito mais difícil do que parece, no entanto. Isso exige que as pessoas prestem muita atenção à quantidade de carboidratos que consomem e que testem o açúcar no sangue com picadas no dedo ao longo do dia. Muitos também devem calcular doses de insulina e injetar insulina.
Atingir o alvo de controle de glicose é muito difícil devido às flutuações da dieta. A maioria das pessoas não consegue manter um controle rígido da glicose no sangue.
E a doença pode progredir mesmo se uma pessoa estiver seguindo as recomendações do médico para manter a glicose no sangue normal. Em um esforço para manter baixos os níveis de açúcar no sangue, alguns diabéticos inadvertidamente se colocam em risco aumentado de níveis extremamente baixos de glicose no sangue, ou hipoglicemia, uma condição com risco de vida. Essa flutuação de níveis altos para baixos torna-se uma barreira para as pessoas com diabetes, pois elas ficam desanimadas. Estudos sugeriram que algumas pessoas optam por deixar de manter o controle rigoroso da glicemia como resultado. Isso resulta em um monitoramento inadequado da glicose no sangue e em escolhas não saudáveis.
Esta situação é agravada porque a amostragem de sangue é relativamente pouco frequente ao longo do dia – apenas quatro vezes – em comparação com as inúmeras alterações na glicemia que ocorrem ao longo do dia. Além disso, os níveis de glicose dependem do programa de medicação, bem como das circunstâncias individuais. A amostragem de sangue fornece apenas um registro discreto de glicose no sangue, quando um registro contínuo de glicose no sangue fornece a melhor informação.
Dispositivos podem ajudar, mas eles não são perfeitos
Estudos mostraram que o uso de dispositivos que podem monitorar continuamente os níveis de glicose pode ser uma resposta. Esses sistemas de monitoramento contínuo de glicose fazem medições repetidas, normalmente a cada cinco minutos, de açúcar no sangue e do fluido biológico que envolve as células. Isso permite um monitoramento rigoroso e correção oportuna de níveis problemáticos de glicose no sangue. Portanto, esses sistemas podem reduzir o risco de complicações relacionadas ao diabetes.
Aqueles com diabetes podem usar um desses monitores em várias áreas do corpo, como ao redor do estômago e nas costas dos braços e pernas. Mas, até agora, apenas um número relativamente pequeno de pessoas as usa porque esses dispositivos não são perfeitos. As pessoas ainda precisam testar os níveis de glicose quatro vezes ao dia usando um teste de picada no dedo. Além disso, o tempo de resposta dos dispositivos é lento e muitas vezes imprecisos. E, normalmente, as pessoas devem usar o dispositivo de monitoramento e reinseri-lo sob a pele a cada sete dias. Além disso, em estudos randomizados, o monitoramento contínuo não foi relacionado à melhoria da qualidade de vida.
Além disso, um ensaio clínico recente descobriu que os monitores contínuos não foram capazes de detectar a hipoglicemia, a fim de diminuir a incidência dos poucos eventos de hipoglicemia grave que ocorreu em pacientes com diabetes tipo 1.
Um futuro livre de picadas no dedo?
Uma das soluções pode ser dispositivos implantáveis totalmente autossuficientes, sem componentes presos à pele, que sejam menos intrusivos e facilitem a sobrecarga do usuário. Esses sistemas de monitoramento contínuo de glicose auto-alimentados são a próxima geração de monitores de glicose que podem reduzir os obstáculos ao uso e à adesão contínua do monitor de glicose. Eles rastreiam os níveis de açúcar no sangue e administram insulina se uma pessoa precisar dela.
Em nosso laboratório, estamos desenvolvendo um dispositivo auto-alimentado, implantável de 4 milímetros por 4 milímetros. Ele gera energia elétrica convertendo a energia química armazenada no açúcar no sangue de uma pessoa e funciona de forma semelhante a uma bateria. Ele usa proteínas ligadas a dois fios que seletivamente consomem glicose e oxigênio em nosso sangue para gerar elétrons que fluem pelo sistema. O fluxo de elétrons resulta na geração atual. O produto da corrente gerada e a diferença de tensão entre os dois fios resultam na produção de energia elétrica. Esta energia elétrica é diretamente proporcional à concentração de açúcar no sangue. E, portanto, ele pode ser usado para detectar rapidamente o açúcar no sangue com o benefício adicional de responder à anormalidade nos níveis de açúcar no sangue.
O importante sobre a nossa plataforma é que não requer baterias. A energia elétrica gerada pode ser usada para alimentar uma bomba de insulina implantável, permitindo-nos, ao mesmo tempo, gerar energia para monitorar a glicose e distribuir insulina para os locais-alvo no corpo, a fim de melhorar os resultados de saúde do paciente.
A questão é se essa ideia do “pâncreas artificial de ciclo fechado” pode ser transformada em realidade. O desafio mais importante é o projeto de engenharia necessário para o pâncreas artificial mover o dispositivo da bancada para a clínica e para o corpo, onde os pacientes se beneficiariam de um pâncreas artificial totalmente automatizado que não requer intervenção do usuário.
Estou otimista de que pode chegar um dia em que tal dispositivo possa automatizar totalmente o controle da glicose no sangue, fornecer monitoramento contínuo da glicose e entrega terapêutica sem qualquer intervenção do paciente. Isso melhorará o gerenciamento do diabetes e permitirá a criação de um mundo onde o poder humano possa sustentar a vida humana.