Pancréas artificiel

L’approche en bio-ingénierie pour la réalisation d’un pancréas artificiel consiste à implanter des tissus de synthèse contenant des cellules d'îlot de Langerhans, qui sécrètent la quantité d'insuline, d'amyline et de glucagon nécessaires en réponse au taux de glucose mesuré.

Une fois les cellules d’îlots pancréatiques transplantées via le protocole d'Edmonton, la production d'insuline (et le contrôle glycémique) sont restaurés au détriment d’un traitement d'immunosuppression. De nouvelles techniques d'encapsulation des cellules d'îlots pancréatiques dans un revêtement protecteur ont cependant depuis été développées et permettent de bloquer la réponse immunitaire contre les cellules transplantées. Ces nouvelles méthodes permettent d’affranchir les patients du fardeau de l'immunosuppression et permet de prolonger la longévité de la transplantation[2].

Un prototype de pancréas bio-artificiel en développement chez Cerco Medical utilise des cellules d'îlots encapsulées pour construire une feuille d'îlot de Langerhans pouvant être implantée chirurgicalement et fonctionnant comme un pancréas artificiel[2].

Ce feuillet de cellules d'îlot de Langerhans comprend :

• un maillage interne de fibres pour fournir une résistance mécanique;
• des cellules d'îlots adhérentes aux fibres de la maille et encapsulées pour éviter de déclencher une réponse immunitaire non contrôlée;
• une couche de protection semi-perméable autour de la feuille, pour permettre la diffusion de nutriments et des hormones sécrétées;
• un revêtement protecteur, pour empêcher une réaction réponse inflammatoire aux corps étrangers qui résulterait en une réaction fibrotique enveloppant le feuillet dans une déposition de collagène ce qui provoquerait à terme une défaillance des cellules d'îlots.

La recherche sur les feuillets de cellules d'îlot de Langerhans prévoit en 2006 des essais cliniques chez l'homme dans les années prochaines.

Thérapie génique : conception d'un vecteur viral pour infecter délibérément des cellules avec de l'ADN pour rétablir la production d'insuline en réponse au taux de sucre dans le sang.

Les technologies de thérapie génique progressent rapidement, de sorte que de nouvelles voies multiples sont envisagées pour rétablir la fonction endocrinienne avec le potentiel de guérir complètement et durablement le diabète[2].

• La thérapie génique peut être utilisée pour produire directement de l'insuline : un médicament oral, constitué de vecteurs viraux contenant la séquence d’ADN correspondant à l’insuline, est ingérée et transmet ses gènes aux cellules de l'intestin grêle par infection virale. Ces cellules intestinales se comportent alors comme n'importe quelle cellule infectée par un virus et se mettent à produire la protéine virale d'insuline. Le virus peut être contrôlé pour infecter uniquement des cellules qui répondent à la présence de glucose, de sorte que l'insuline n'est produite qu'en présence de taux élevés de glucose. En raison du nombre limité de vecteurs délivrés, très peu de cellules intestinales seraient effectivement infectées et la fonction endocrinienne disparaîtrait naturellement en l’espace de quelques jours. Par conséquent, en faisant varier la quantité de médicament oral utilisé, la quantité d'insuline créée par la thérapie génique peut être augmentée ou diminuée au besoin. À mesure que les cellules intestinales produisant de l'insuline disparaissent, elles peuvent être remplacées grâce à l’ingestion de médicaments oraux supplémentaires[2].
• La thérapie génique pourrait éventuellement être utilisée pour guérir la cause de la destruction des cellules bêta, guérissant ainsi le patient diabétique avant que la destruction des cellules bêta soit complète et irréversible[3].
• La thérapie génique peut être utilisée pour transformer les cellules duodénum et les cellules souches adultes du duodénum en cellules bêta qui produisent naturellement de l'insuline et de l'amyline. En fournissant de l'ADN cellulaire bêta aux cellules intestinales dans le duodénum, quelques cellules intestinales se transformeront en cellules bêta et, par la suite, des cellules souches adultes se développeront en cellules bêta. Cela rend le stock de cellules bêta dans le duodénum auto-reconstitué. Les cellules bêta produisent alors de l'insuline proportionnellement aux glucides consommés[4].

Il existe des technologies pour surveiller en continu les taux de glycémie. Ces appareils permettent de réguler le fonctionnement d’un pancréas artificiel en :

1. fournissant automatiquement une lecture de la glycémie toutes les minutes par exemple sans intervention nécessaire du patient,
2. surveillant les tendances relatives à la hausse et à la chute des sucres sanguins, ce qui est utile dans la prévision de la glycémie dans un avenir immédiat,
3. demandant à l'utilisateur qu'une correction de l’insuline basale immédiate lors d’un niveau de sucre élevée et dans le cas d’un niveau bas en demandant à réduire le niveau d’insuline basale ou manger quelque chose

Les mesures du taux de sucre peuvent être utilisées directement en boucle fermé pour contrôler la pompe à insuline.

Cependant certains défauts nécessitent des perfectionnements avant d’envisager l'application d’un pancréas artificiel réel :

1. Les capteurs continus nécessitent un étalonnage plusieurs fois par jour, en effectuant un test manuel de glycémie sur un doigt, puis en entrant les données de glycémie dans le système pour une correction des capteurs,
2. Les capteurs mesurent le glucose interstitiel, il y a donc un délai entre les données du capteur et la glycémie réelle,
3. Le contrôle automatique tend à supprimer la surveillance de l'utilisateur, qui peut être malgré tout une sécurité supplémentaire, les mesures pouvant être sujettes à erreur.

Comme les technologies de surveillance de la glycémie continuent de progresser, la possibilité de réaliser un pancréas artificiel devient de plus en plus réaliste.

Un pancréas artificiel en boucle fermée régulant le glucose grâce des algorithmes et par la coordination des livraisons de glucose et d'insuline est produit au Japon par la société japonaise Nikkiso.

L’insuline basale permet de contrôler le taux de glycémie durant la journée. Dans le cas d’un pancréas artificiel contrôlant automatiquement une pompe à insuline en fonction d'un capteur de la glycémie en continu, la première étape est de contrôler le taux basal de la pompe à insuline. Lorsqu'un bolus n'a pas été effectué récemment, la pompe peut gérer le taux de glycémie en ajustant le taux basal au besoin :

• lorsque le sucre dans le sang augmente, un petit bolus de correction peut être automatiquement délivré et un taux basal plus élevé peut être réglé;
• lorsque le taux de glycémie diminue, le taux basal peut être arrêté pour refuser la quantité d'insuline nécessaire pour ramener le taux de glycémie jusqu'à ce que le taux basal revienne à un nouveau taux plus faible;
• avec des techniques algorithmiques de filtrage adaptatifs, la pompe peut « apprendre » les taux basaux uniques du patient en fonction de l'heure de la journée.

En contrôlant le taux basal seul en boucle fermée, il est possible de corriger, suite à un repas, un bolus trop grand ou petit par rapport à l'alimentation consommée par :

• la reconnaissance d'un déséquilibre entre les bolus d'insuline "la consigne" et le niveau de glucose dans le sang,
• la livraison automatique d'un bolus de correction pour pallier un manque d'insuline,
• l’interruption automatiquement du taux basal pour corriger une abondance d'insuline,
• apprendre à l'aide de techniques de filtrage adaptatives les ratios glucides-insuline pour chaque repas.

En France, un premier essai clinique chez l’homme d'un pancréas artificiel a eu lieu en 2004. Le système était entièrement automatisé et combinait un capteur de glucose de Medtronic MiniMed et une pompe à insuline implantable[5]. Le projet présente des possibilités ainsi que certaines limitations :

• le capteur implantable est inséré dans une veine du cou menant au cœur ;
• le capteur est connecté, via un fil électrique sous la peau, à la pompe à insuline implantable : à mesure que le taux de sucre dans le sang fluctue, un signal indique à la pompe combien d'insuline doit être livrée ;
• le capteur mesure avec précision le glucose dans 95 % des cas par rapport aux valeurs de contrôle obtenues dans les doigts ;
• les taux de glycémie sont maintenus dans la gamme normale plus de 50 % du temps chez les patients utilisant la pompe connectée au capteur ;
• la fréquence des événements d'hypoglycémie a chuté à moins de 5 % ;
• alors que les pompes à insuline implantables fonctionnent pendant une moyenne de huit ans avant qu'elles ne soient modifiées, les capteurs cessent de fonctionner après neuf mois en moyenne ;
• les algorithmes mathématiques qui calculent la quantité d'insuline à administrer durant la journée doivent également être améliorés.

D'autres essais cliniques ont depuis 2004 eu lieu. En 2017, un essai clinique a pris place à Lyon pendant 3 mois[6].

Lorsque de l’amyline synthétique (ou pramlintide : marque de l’entreprise Symlin) est utilisé en association avec l'insuline, les avantages pour le contrôle glycémique post-prandial sont importants[7]

Le Pramlintide est un traitement pour le diabète mis sur le marché au début des années 2000. Le traitement implique :

• une injection séparée de pramlintide avant un repas;
• une réduction de l’insuline bolus de 50 % pour ce repas[8].

Pramlintide peut être injecté à l'aide d'une pompe à insuline. En 2004, le mélange de pramlintide et d'insuline dans la même cartouche n’était pas une pratique approuvée, donc deux pompes à perfusion étaient utilisées simultanément. Étant donné que l'insuline et l'amyline sont co-sécrétées par les cellules bêta pancréatiques en réponse à l'élévation des taux de glycémie, l'utilisation de pramlintide et d'insuline ensemble remplace plus fidèlement la fonction du pancréas.

L’insuline bolus permet de contrôler les variations rapides du taux de glycémie après un repas par exemple.

Le système MiniMed 670G, destiné à lutter contre l'hypoglycémie et l'hyperglycémie est déjà commercialisé aux États-Unis[9].