Un pancreas artificiale predittivo, basato sull’intelligenza artificiale, capace di anticipare le variazioni glicemiche fino a sei ore. È l’obiettivo del progetto ANTHEM dell’Università di Bergamo, che punta ad automatizzare la gestione del diabete di tipo 1 riducendo il carico decisionale sui pazienti.
Da sensore a sistema autonomo
Un dispositivo in grado di prevedere l’andamento della glicemia, prendere decisioni in autonomia e adattarsi alle abitudini del paziente è la frontiera del progetto dedicato allo sviluppo di un pancreas artificiale di nuova generazione per il diabete di tipo 1. Questa innovazione mira a superare i limiti dei sistemi attualmente disponibili e ad introdurre una capacità predittiva avanzata basata sull’intelligenza artificiale.
Il lavoro deriva dall’attività di ricerca del Control Systems and Automation Lab (CAL) dell’Università degli Studi di Bergamo, con il supporto clinico dell’ASST Papa Giovanni XXIII e del Centro Sportivo Universitario (CUS) di Unibg, che ospita i trial clinici.
Un grande progetto europeo e italiano
ANTHEM è uno dei progetti più significativi dell'ambito italiana e europea, finanziato con 120 milioni di euro dal Ministero dell’Università e della Ricerca nell’ambito del Piano Nazionale Complementare al PNRR. È un progetto di ampia portata, strutturato come iniziativa multidisciplinare che integra medicina, ingegneria, fisica, informatica ed economia.
Il programma è organizzato in 28 progetti pilota in quattro aree di ricerca, coordinati tra le Università di Bergamo, Milano-Bicocca, Politecnico di Milano e Università di Catania. Il progetto vede impegnati più di 350 ricercatori in una rete che coinvolge università, ospedali, centri di ricerca, imprese e istituzioni.
Che cosa è un pancreas artificiale
Un pancreas artificiale non rappresenta un organo sintetico, ma un sistema integrato composto da un sensore, un microinfusore e algoritmi avanzati. Il sensore misura in tempo reale la glicemia, il microinfusore eroga l’insulina e l’algoritmo elabora i dati per decidere in tempo reale le dosi necessarie.
Questo tipo di dispositivi emula il funzionamento di un pancreas sano ed è dotato di capacità di adattamento automatico al paziente. Sebbene già utilizzati, i sistemi disponibili non sono completamente autonomi. Molti aspetti, come la somministrazione dell’insulina dopo i pasti o l’adattamento all’attività fisica, richiedono ancora interventi umani. Per questo motivo si preferisce parlare di "terapie ibride", dove la tecnologia supporta ma non sostituisce completamente i processi decisionali umani.
Un passo decisivo verso la prevenzione
L’innovazione del progetto ANTHEM sta nella capacità predittiva avviata da algoritmi avanzati. Gli sviluppi tecnologici permettono non solo di monitorare i valori di base, ma anche di gestire eventi complessi come i pasti e l’attività fisica fino a sei ore prima del loro verificarsi.
- Previsioni glicemiche: il sistema è in grado di anticipare il comportamento glicemico, intervenendo in tempo utile per evitare picchi di iperglicemia o episodi di ipoglicemia.
- Riconoscimento automazione: l’algoritmo rileva automaticamente i pasti non segnalati e stima la loro entità.
- Adattamento alle abitudini: il sistema si evolve in relazione alle attività e ai comportamenti del paziente per una gestione più precisa.
Grazie a queste caratteristiche, il pancreas artificiale diventa uno strumento di gestione preventiva, anticipando i cambiamenti glicemici e rendendo la vita quotidiana più stabile.
Architettura avanzata e modelli personalizzati
Alla base del sistema c’è un lavoro avanzato su modelli matematici della dinamica glucosio-insulina. Sono stati sviluppati nuovi modelli di rete neurale – la COMP-RNN – che integrano le conoscenze fisiologiche direttamente nei modelli predittivi.
Questo non significa affidarsi esclusivamente all’intelligenza artificiale, ma combinare dati e biologia avanzata con algoritmi avanzati. Il risultato è la creazione di modelli personalizzati, adatti alle caratteristiche uniche di ogni paziente. Questi modelli migliorano progressivamente la propria capacità predictive, diventando sempre più efficienti e precisi nel tempo.
Test clinici e dati metabolici
La sperimentazione del nuovo sistema si basa su un’intensa attività clinica e sperimentale. È in corso un studio clinico in cui pazienti con diabete tipo 1 sono sottoposti a varie condizioni controllate, tra cui sessioni di attività fisica di diversa intensità. Vengono raccolti dati non solo su glicemia e insulina, ma anche su parametri metabolici avanzati, come lattato e consumo di ossigeno.
I dati ottenuti sono fondamentali per addestrare gli algoritmi, rendendoli più capaci in scenari complessi e reali, lontano dagli ambienti di laboratorio. Questa fase di addestramento e ottimizzazione è essenziale per il passo successivo: l’applicazione clinica diretta.
Impatto quotidiano e sostenibilità
Uno degli aspetti più rilevanti del progetto ANTHEM è il potenziale beneficio per la vita quotidiana dei pazienti. Gestire il diabete richiede un impegno continuo, con innumerevoli controlli e calcoli quotidiani. Ridurre il carico decisionale riduce a sua volta la frequenza di errori e l’impatto psicologico, soprattutto per i pazienti pediatrici.
Un sistema autonomo permette di “dimenticare”, almeno durante la routine quotidiana, di soffrire di una patologia cronica. Questo apre la strada non solo a una migliore sicurezza, ma anche a una qualità di vita più elevata per i pazienti e le loro famiglie. I dispositivi completamente autonomi non richiedono interventi di routine da parte del paziente.
Trasferibilità e integrazione tecnologica
Un altro aspetto rilevante di questa iniziativa è la focus sulla trasferibilità: si mira ad integrare gli algoritmi sviluppati nel software già utilizzato nei dispositivi disponibili sul mercato, piuttosto che creare nuovi strumenti. Questo rende le innovazioni più accessibili e immediate, anche se comporta la necessità di aumentare la capacità di calcolo nei dispositivi esistenti.
Collaborazione tra IA e medicina
Pur essendo il cuore del progetto, l’intelligenza artificiale non è concepita per sostituire i medici e i pazienti. Al contrario, il sistema funziona come supporto decisionale avanzato, fornendo ai fornitori sanitari informazioni utili per il follow-up, l’analisi della malattia e l’ottimizzazione delle terapie.
Con ANTHEM si punta a cambiare non solo come si cura il diabete tipo 1