Test del pasto misto nel diabete di tipo 1 sulla terapia con microinfusore: ottimizzazione del pancreas artificiale

BACKGROUND: Idealmente, il trattamento ottimale del T1DM dovrebbe raggiungere livelli di glucosio quasi normali senza ipoglicemie e preservando la qualità della vita. In ambito clinico, anche la strategia più complessa attualmente disponibile, ovvero la terapia con microinfusore per insulina con sensore di glucosio, in cui i pazienti indossano sia un microinfusore per la somministrazione sottocutanea di insulina (CSII) sia un sensore di glucosio sottocutaneo per il monitoraggio continuo del glucosio (CGM), non soddisfare pienamente le esigenze dei pazienti. Gli algoritmi del pancreas artificiale (AP) o del controllo integrato a circuito chiuso (CLC) - che tengono conto delle letture CGM e degli effetti delle precedenti infusioni di insulina per calcolare continuamente la quantità di dose di insulina da somministrare - mirano a ridurre al minimo, in tempo reale, la variabilità del glucosio e prevenire escursioni glicemiche estreme. Numerosi gruppi di ricerca stanno brillantemente lavorando da anni per sviluppare un AP indossabile per liberare parzialmente o totalmente il paziente (e/o il caregiver) dall'onere del controllo a circuito aperto. Tuttavia, manca ancora un perfetto controllo glicemico, soprattutto nelle escursioni glicemiche postprandiali. Ulteriori approfondimenti potrebbero essere acquisiti da studi sulle risposte substrato/ormone ai pasti nei pazienti con T1DM su CSII con aumento del sensore, possibilmente confrontati con il gold standard della normale fisiologia, con particolare riguardo al ruolo relativo svolto da una serie di fattori del glucosio- pompa per insulina nel controllo dei livelli di glucosio.

L'analisi del controllo metabolico (MCA) è un quadro teorico che mira a descrivere quantitativamente i sistemi metabolici e a misurare la distribuzione del controllo. MCA quantifica il ruolo di ciascun componente di un sistema (ad esempio: velocità di assorbimento dell'analogo veloce dell'insulina, assorbimento dei carboidrati attraverso l'intestino, ecc.) nel controllare una variabile di interesse, in particolare flussi o concentrazioni, del sistema stesso, calcolando il coefficiente di controllo scalato (CC). I CC in genere vanno da -1 a +1 e maggiore è il loro valore assoluto, più forte è il controllo. L'applicazione dell'MCA ai pazienti con T1DM su CGM/CSII potrebbe quantificare il ruolo individuale svolto da ciascun componente del sistema e potrebbe aiutare a comprendere e potenzialmente superare gli ostacoli per ottenere un controllo glicemico stabile e stretto e sviluppare ulteriormente algoritmi CLC per una gestione ottimale di la malattia.

OBIETTIVO: indagare le caratteristiche e i determinanti del sistema pompa glucosio-insulina in pazienti con T1DM con CGM con particolare enfasi sul livello del sistema (es. CC del glucosio). Effettueremo test di tolleranza a pasto misto singolo e studi di 24 ore su pazienti con T1DM e controlli sani. Applicheremo strumenti di modellazione matematica sviluppati da noi e creeremo pazienti virtuali e controlli virtuali da questo database per ottenere ulteriori informazioni sulle alterazioni del sistema della pompa glucosio-insulina nei pazienti.

OBIETTIVI SPECIFICI:

• OBIETTIVO 1: delineare e confrontare le caratteristiche del sistema glucosio-insulina nei pazienti con T1DM e nei controlli sani durante i pasti della colazione di diverse dimensioni
• OBIETTIVO 2: Testare la riproducibilità del sistema di pompa glucosio-insulina valutato dal modello nei pazienti con T1DM
• OBIETTIVO 3: delineare e confrontare le caratteristiche del sistema glucosio-insulina nei pazienti con T1DM e nei controlli sani durante periodi di 24 ore

IPOTESI: ipotizziamo che nei pazienti con T1DM su CGM e CSII:

1. ci sono distorsioni nella distribuzione del controllo del glucosio plasmatico, come valutato da MCA, rispetto a individui sani;
2. la distribuzione del controllo è diversa tra glucosio plasmatico e glucosio derivato dal CGM attualmente utilizzato, che è il segnale putativo da utilizzare negli algoritmi CLC di un AP indossabile;
3. entrambe le suddette presunte alterazioni devono essere prese in considerazione per sviluppare algoritmi CLC efficaci e sicuri.

METODI: Questa ricerca si articola in tre distinti protocolli. Tutti i soggetti seguiranno una dieta isocalorica, labirintica e priva di zucchero di canna per una settimana prima dello studio. Tutti i pazienti con T1DM saranno sottoposti a CGM / CSII e saranno reclutati dalla popolazione di pazienti che frequenta la nostra clinica ambulatoriale per la terapia con microinfusore per insulina. Ogni paziente continuerà a utilizzare il proprio microinfusore, l'analogo dell'insulina e il sensore del glucosio. Tutti gli studi inizieranno alle 07:00 dopo un digiuno notturno (≥ 10 ore). Tutti i campioni di sangue saranno raccolti in provette refrigerate e prontamente centrifugati a 1500 g; il plasma sarà separato e conservato a -80° C. Secondo l'uso previsto del plasma, le provette per i campioni di sangue conterranno acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) per l'anticoagulazione±agente antiglicolitico±serina proteasi e inibitori della DPP4.

-PROTOCOLLO 1: Indagine sul sistema glucosio-insulina durante due test a pasto misto in pazienti con T1DM e in controlli sani.

Verranno reclutati 10 pazienti con T1DM e 10 soggetti di controllo sani per età, sesso e BMI. I pazienti seguiranno la consueta terapia con microinfusore e il tasso di insulinizzazione basale sarà mantenuto costante dalle 02:00 fino alla fine degli studi. Tutti i soggetti saranno studiati in 3 diverse occasioni a intervalli di 1-2 settimane. Nei pazienti, lo studio 1 sarà un morsetto di insulina euglicemico standard di 120 minuti. Verranno raccolti campioni di sangue temporizzati per misurare i livelli di insulina a intervalli di 10'-30'. La glicemia plasmatica sarà misurata al letto del paziente mediante un analizzatore di glucosio YSI; il glucosio sottocutaneo sarà monitorato mediante CGM. Nei controlli, lo studio 1 sarà un IVGTT frequentemente campionato della durata di 240 minuti. Saranno raccolti campioni di sangue temporizzati (n=27) per glucosio, peptide C e insulina. Gli studi 2 e 3 saranno identici sia nei pazienti che nei controlli. Saranno eseguiti in ordine casuale e dureranno 360'. Dopo un periodo basale di 60 minuti, al tempo 0' i soggetti ingeriranno un pasto da 320 kcal (studio 2) o da 640 kcal (studio 3). La composizione del pasto (%Kcal: 53,3% carboidrati, 28,2% lipidi, 18,5% proteine) sarà polenta di mais indiano più parmigiano. I pazienti programmeranno la loro pompa per iniettare al tempo 0' una dose di bolo di insulina pasto, calcolata come di consueto. I campioni di sangue (n=20) saranno raccolti ad intervalli prestabiliti per misurare la glicemia, il rapporto 13C/12C-glucosio, l'insulina, il glucagone e il C-peptide (quest'ultimo solo nei soggetti di controllo). Ad una frequenza temporale inferiore, saranno misurati anche i trigliceridi, gli acidi grassi non esterificati (NEFA), il peptide-1 attivo glucagone-simile (GLP1) e il peptide inibitorio gastrico totale (GIP). Il glucosio sottocutaneo sarà monitorato da CGM solo nei pazienti. I dati derivati ​​da IVGTT nei controlli assumeranno il ruolo svolto dai dati del morsetto dell'insulina nei pazienti con T1DM. Esperimenti passati e anche osservazioni inedite nel nostro laboratorio hanno dimostrato che valori simili di sensibilità all'insulina si ottengono con IVGTT e pinzette per insulina in persone sane. L'altra differenza è che, invece del microinfusore, verrà utilizzato un modello minimo di secrezione di cellule beta, come descritto in precedenza. La disponibilità di determinazioni del rapporto 12C/13C-glucosio arricchirà ulteriormente questo quadro, consentendo di calcolare il contributo dei carboidrati del pasto al glucosio plasmatico totale e, per differenza, il contributo della produzione endogena (principalmente fegato) al glucosio totale. Questo arricchimento di dati risulterà in un ulteriore sviluppo del modello nella fase 3 (sia nei controlli che nei pazienti) e consentirà di suddividere l'azione totale dell'insulina nelle sue due componenti, quella che agisce sulla produzione endogena di glucosio e quella che agisce sull'utilizzo del glucosio. Il primo sarà rilevante per interpretare il glucagone e, possibilmente, anche i dati di GLP1 attivo.

Con questa strategia, è possibile calcolare tutti i CC rilevanti di G(t), sia per i valori plasmatici che CGM. I risultati fenotipici sono stratificati in tre livelli di complessità ascendente:

1. Misure model-free: substrato del pasto e livelli ormonali, con particolare riguardo al glucagone e al GLP1 attivo per la loro azione sulla produzione di glucosio epatico e al GIP totale, come regolatore del metabolismo delle cellule adipose;
2. Stime derivate da modelli di singoli tratti del sistema glucosio/insulina: includono, ma non sono limitate a, sensibilità al glucosio (SG), sensibilità all'insulina (SI), tempo di transito dei carboidrati per raggiungere la circolazione sistemica, tempo medio di transito dell'insulina a raggiungere la circolazione sistemica dal deposito sottocutaneo (solo pazienti);
3. Valutazione modello-derivata delle proprietà del sistema del sistema glucosio-insulina (controlli) e del sistema pompa glucosio-insulina (T1DM): includono tutti i coefficienti di controllo del glucosio (anche del glucosio CGM nei pazienti).

PROTOCOLLO 2: Riproducibilità della valutazione del sistema glucosio-insulina durante un singolo pasto misto in pazienti con T1DM.

Saranno reclutati 10 pazienti con T1DM in terapia con microinfusore e monitoraggio continuo del glucosio sottocutaneo (CGM). Il protocollo dello studio è identico al protocollo 1 con le seguenti eccezioni: 1. in 5 pazienti con T1DM lo studio 2 e lo studio 3 saranno due pasti ripetuti da 320 kcal; 2. in 5 pazienti con T1DM lo studio 2 e lo studio 3 saranno due pasti ripetuti da 640 kcal. I risultati fenotipici saranno stratificati come nel protocollo 1 per l'analisi di riproducibilità.

-PROTOCOLLO 3: Il sistema glucosio-insulina durante un periodo di 24 ore nei pazienti T1DM e nei controlli.

Verranno reclutati 10 pazienti con T1DM e 10 soggetti di controllo sani per età, sesso e BMI. Tutti i soggetti saranno studiati in 2 occasioni separate a intervalli di 1-2 settimane. Sia nei pazienti che nei controlli, lo studio 1 sarà identico al protocollo 1 (ovvero un morsetto per insulina e un IVGTT, rispettivamente). Nello studio 2 tutti i soggetti saranno ammessi al Centro di ricerca clinica (CRC) la mattina dello studio (07:00) e vi rimarranno per tutta la sua durata (24 ore). I soggetti potranno muoversi liberamente all'interno del CRC, ma non saranno impegnati in alcun esercizio fisico. I pazienti continueranno la loro consueta terapia insulinica, compreso il calcolo della dose di insulina durante il pasto e l'iniezione, durante tutto lo studio. Alle 08:00, 13:00 e 19:00 i soggetti ingeriranno tre pasti misti (200 kcal/m-2 di superficie corporea (BSA), 400 kcal/m-2 BSA e 400 kcal/m-2 BSA, rispettivamente; composizione della dieta: 54% di carboidrati, 28% di lipidi, 18% di proteine). In 6 pazienti e in 6 controlli, il pasto delle 13:00 sarà polenta di mais indiano più parmigiano stagionato italiano DOP. Negli altri 6 pazienti e 6 controlli, il pasto delle 19:00 sarà polenta di mais indiano più parmigiano stagionato italiano DOP. Saranno raccolti campioni di sangue temporizzati (n=62). Il glucosio plasmatico, l'insulina, il glucagone e il peptide C (quest'ultimo solo nei soggetti di controllo) saranno misurati a tutti i tempi. Ad una frequenza inferiore saranno misurati anche trigliceridi, acidi grassi non esterificati (NEFA), aminoacidi, GLP1 attivo e GIP totale. Nei soggetti che ingeriscono il pasto di polenta alle 13:00, il rapporto 13C/12C-glucosio verrà misurato dalle 12:00 alle 24:00. Nei soggetti che ingeriscono il pasto di polenta alle 19:00, il rapporto 13C/12C-glucosio verrà misurato dalle 18:00 fino alle 07:00 del mattino successivo. Il glucosio sottocutaneo sarà monitorato da CGM solo nei pazienti. Il pasto di polenta verrà utilizzato solo in un pasto al giorno per evitare la perdita di interpretabilità dei dati sul rapporto 13C/12C-glucosio, a causa del continuo ricircolo/riciclaggio del carbonio del glucosio attraverso il glicogeno/gluconeogenesi. Il comportamento del sistema glucosio/insulina a colazione è già stato esplorato nel Protocollo 1. I risultati saranno stratificati e analizzati come descritto nel Protocollo 1.

ASPETTATIVE: L'analisi combinata dei dati del clamp insulinico e del test del pasto misto (MMT) consentirà di costruire un modello completo del sistema glucosio-insulina durante un MMT in ciascun soggetto, che funzionerà quindi come un paziente virtuale in silico, secondo un ben metodologia consolidata sviluppata nel nostro laboratorio. La raccolta di pazienti virtuali con diabete di tipo 1 sottoposti a MMT costituirà la biobanca in silico derivata da questo studio. I pazienti virtuali verranno utilizzati per eseguire MCA per calcolare i CC. Inoltre, verrà quantificata la risposta dell'ormone incretina, del glucagone e del substrato a un pasto misto, consentendo l'identificazione putativa di ulteriori modificatori del sistema glucosio-insulina. Questo database sarà determinante per ideare un algoritmo di controllo in grado di garantire una normale regolazione del glucosio durante un pasto misto in pazienti con diabete di tipo 1 con CGM in terapia con microinfusore.