Capteurs bio-électroniques intégrant l’algorithme des îlots pour le contrôle de la glycémie en boucle ouverte et fermée – DIABLO

Le PANCREAS ARTIFICIEL arrive. Il devrait améliorer la qualité de vie et éviter les complications chroniques des patients atteints de DIABETE DE TYPE 1 (DT1), maladie chronique qui concerne 5 à 10% des 371 millions de diabétiques dans le monde et se déclare généralement chez les enfants ou jeunes adultes. Dans le DT1, la destruction des cellules beta-pancréatiques provoque un déficit en insuline et nécessite une insulinothérapie dont le contrôle reste complexe : même avec les technologies récentes de mesure continue et de monitoring de la glycémie (CGM), les algorithmes d'insulinothérapie ne sont pas optimaux et ne peuvent totalement éliminer des risques vitaux comme l'hypoglycémie.
En effet, se baser sur un capteur du glucose seul revient à négliger la mesure des lipides et les signaux hormonaux dont les variations se reflètent sur le besoin d'insuline en cas de stress, activité physique, cycle menstruel, etc… Les pancréas artificiels basés sur les CGM reposent donc encore sur les ajustements du patient/médecin et leur contrôle en boucle fermée est loin d'être aussi robuste que celui d'un pancréas sain.

DIABLO contribue à l'émergence d'un nouveau paradigme de pancréas artificiel basé sur des CAPTEURS MULTI-PARAMETRIQUES A BASE D'ILOTS PANCREATIQUES. Il s'agit : (i) de décoder les ALGORITHMES ENDOGENES des îlots, qui ont été façonnés par l'évolution depuis 500 millions d'années pour maintenir l'homéostasie glucidique, (ii) de traduire ces algorithmes dans un MODELE, et y associer un CONTROLEUR ad hoc pour gérer une thérapie en continu et boucle fermée, (iii) de développer des ARCHITECTURES MATERIELLES d'implantation des BIOCAPTEURS et des algorithmes de commande dans un futur dispositif médical, (iv) de tester l'ensemble lors d'un ESSAI CLINIQUE en hôpital.

Le projet rassemble des chercheurs académiques (biologie, microélectronique, automatique) et des cliniciens diabétologues; le consortium a déjà développé et breveté une technologie de capteur bio-électronique qui enregistre et traite en TEMPS REEL l'activité électrique d'îlots pancréatiques.

Dans DIABLO seront réalisés:

- un MODELE IN SILICO et en conditions physiologiques (réponse au glucose et aux hormones) d'un biocapteur à base d'îlots, technologie propriétaire du consortium du projet. A base de données expérimentales et développé grâce à des méthodes d'identification paramétriques/non-paramétriques, ce modèle permettra d'évaluer les performances du biocapteur mais aussi d'explorer systématiquement les mécanismes des îlots.

- une version améliorée du SIMULATEUR T1DMS (approuvé par la FDA) de patient DT1, intégrant: a) le biocapteur modélisé ci-dessus; b) un nouveau CONTROLEUR de régulation de la glycémie, contrôleur muti-paramétrique ROBUSTE aux variations physiologiques chroniques du patient.

- un prototype de BIOCAPTEUR BIO-ELECTRONIQUE intégré de façon optimale, portable et relié au patient par microdialyse, qui sera testé lors d'un essai clinique en CHU sur 10 PATIENTS ATTEINTS DE DT1. Lors de scenarios quotidiens variés, les réponses du biocapteur et les commandes du contrôleur DIABLO seront comparées aux mesures et commandes des systèmes de CGM standards.

L'impact de DIABLO sera marquant à plusieurs titres : RECHERCHE EN BIOLOGIE DES ILOTS, TECHNOLOGIES DES DISPOSITIFS MEDICAUX, THERAPIE DU DT1.
Plus précisément, de DIABLO pourront émerger : 1) le décodage des algorithmes endogènes des îlots ; 2) des techniques de synthèse haut niveau de composants électroniques embarqués pour le traitement modulaire de signaux biologiques ; 3) un nouveau capteur bio-électronique qualifié pour la régulation de la glycémie chez l'humain ; 4) des algorithmes de contrôle robustes aux variations physiologiques pour des applications de pancréas artificiel ; 5) des techniques de réalisation et de modélisation d'organes sur puces, pour l'étude des effets génétiques et pharmacologiques sur les îlots et la glycémie.