Technologia kosmiczna NASA a cukrzyca

Co mają wspólnego technologia kosmiczna NASA i cukrzyca? Właściwie całkiem sporo.

Związek między NASA a technologią diabetologiczną był tematem omawianym na ostatnim dorocznym spotkaniu Diabetes Technology Society, które odbyło się 14-16 listopada w Bethesda, MD. Na tym spotkaniu # 2019DTM lekarz z NASA podsumował niektóre z bardziej znaczących nakładających się technologii na przestrzeni lat i opowiedział o bieżących projektach.

„Możesz się zastanawiać, co tu robi NASA i jak kosmos i cukrzyca pasują do siebie” - powiedział dr Victor Schneider, kierownik naukowy w programie badań biomedycznych i środków zaradczych NASA w Waszyngtonie. „NASA jest organizacją technologiczną, a my mieliśmy zainteresowanie cukrzycą i technologią od dawna, ponieważ pojawiły się konkretne zastosowania, które mają zastosowanie do cukrzycy i zdrowia osobistego, a to jest ważne, ponieważ przygotowujemy się do tych misji ”.

NASA aktywnie bada technologie związane ze zdrowiem, przewidując misje kierowane przez człowieka na Księżyc w 2024 r. I na Marsa do 2035 r., W ramach nowej dyrektywy dotyczącej polityki kosmicznej wzywającej do ludzkiej ekspansji Układu Słonecznego. Ich badania mają na celu lepsze wyposażenie astronautów i statków kosmicznych do przyszłych misji.

Historia NASA i cukrzycy

Niestety, osoby z cukrzycą insulinozależną nadal nie mogą zostać astronautami, chociaż z pewnością mogą pracować w innych rolach NASA, np. Jako kontrolerzy lotów.

Ale w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat widzieliśmy ekscytujące zastosowania technologii NASA w świecie cukrzycy - od kosmicznej mikrograwitacji wpływającej na tworzenie insuliny, przez ciągłe monitory glukozy używane do monitorowania zdrowia i biometrii astronautów, po hermetyzację wysepek i wszczepialne pompy insulinowe, które zostały zaadaptowane z projektu statku kosmicznego.

Ciekawa historyczna ciekawostka: Właściwie to 33 lata temu w zeszłym tygodniu (10 listopada 1986), jedna z technologii diabetologicznych wspieranych przez NASA - wszczepialna pompa insulinowa opracowana przez MiniMed - znalazła drogę do pierwszego ludzkiego pacjenta.

Na początku XXI wieku NASA była publicznie zaangażowana w badania obejmujące oporność na hormony związaną z cukrzycą, aż po białka docelowe do projektowania leków przeciwcukrzycowych.

W 2006 r. Ogłoszenie prasowe głosiło: „NASA i uniwersytety łączą się w walce z cukrzycą”. Prace przeprowadzone na Uniwersytecie George'a Waszyngtona i Uniwersytecie Cornell skupiły się na analizie fotomikrografii elektronowych (obrazów z mikroskopu elektronowego) komórek beta szczurów oraz odpowiedzi komórek na glukozę.

W 2012 roku praca stała się rzeczywiście bardzo science-fiction, z projektami takimi jak telefon komórkowy, który mógł wykryć cukrzycę na podstawie twojego oddechu.

„Pompa insulinowa ery kosmicznej”

Czy wiesz, że wczesna technologia wszczepialnej pompy insulinowej pochodzi z prac badawczo-rozwojowych nad NASA i wojskowymi systemami kosmicznymi? Tak, tak zwany programowalny implantowany system leków był małym, mikro-miniaturowym systemem kontroli płynów, który był początkowo używany podczas poszukiwań życiowych wokół dwóch misji kosmicznych Mars Viking w latach 70-tych. Media były tym podekscytowane, takie funkcje jak ta „Pompa insulinowa Space-Age może stać się windą dla diabetyków” opublikowana w Chicago Tribune 20 listopada 1986 r.

Gdy badali, jak podróżować dalej w kosmos i przezwyciężyć wyzwania związane z monitorowaniem zdrowia astronautów, naukowcy NASA zwrócili się do tego typu technologii do monitorowania parametrów życiowych - i ostatecznie przełożyło się to na rozwój technologii cywilnej tej wszczepialnej pompy insulinowej. Później, w wyniku prac Goddard Space Flight Center w tej dziedzinie, eksperci medyczni byli w stanie stworzyć wszczepialne urządzenia, które mogą monitorować poziom glukozy i wysyłać sygnały do ​​dostarczania insuliny, gdy astronauta może jej potrzebować.

Aby wyjaśnić, wszczepialna pompa insulinowa to nie to samo, co dzisiejsze tradycyjne pompy insulinowe, które wbija się w skórę za pomocą małej igły, która jest częścią zestawu infuzyjnego. Jest to raczej małe urządzenie zasilane bateryjnie, które wygląda jak mały metalowy krążek hokejowy, wszczepiony podczas zabiegu chirurgicznego do kieszeni tkanki pod skórą, gdzie dostarcza podstawową insulinę przez cewnik. Generalnie zawiera trzymiesięczny zapas skoncentrowanej insuliny i może być uzupełniany bez wyjmowania jej z organizmu przez lekarza. Baterie mogą wystarczyć na wiele lat, zanim będzie potrzebna nowa wszczepialna pompa. Pacjent nosi kontroler bezprzewodowy, który przypomina tradycyjną pompę rurkową firmy Medtronic, służącą do programowania dawek bolusa na potrzeby posiłków i korekt.

Brzmi całkiem nieźle, prawda?

Oczywiście historia opowiada teraz historię o tym, że wszczepialna pompa insulinowa nie była wszystkim, co przewidywały kiedyś NASA i eksperci od cukrzycy.

Pierwsza wszczepialna pompa insulinowa MiniMed została opracowana w 1986 roku, ale dopiero prawie dziesięć lat później urządzenie uzyskało aprobatę organów regulacyjnych w Europie. Ponieważ MiniMed udoskonalił swoją technologię zarówno w USA, jak i na całym świecie, coraz więcej pacjentów zaczęło używać tych urządzeń. MiniMed ostatecznie wypuścił nowe modele w 2000 roku, które miały ulepszoną pamięć i dłuższą żywotność baterii.

Wszystko się zmieniło, kiedy Medtronic kupił MiniMed w 2001 roku i tylko minimalne ulepszenia zostały wprowadzone w następnych latach. W 2007 roku firma Medtronic ogłosiła, że ​​całkowicie zaprzestanie badań klinicznych nad koncepcją wszczepialnej pompy insulinowej. To zmusiło użytkowników do znalezienia innych opcji leczenia lub do podróżowania w miejsce, w którym mogliby uzupełnić lub wymienić urządzenie w razie potrzeby. Z biegiem lat zasoby stały się coraz bardziej ograniczone, ponieważ Medtronic dostarcza tylko niewielką liczbę tych wszczepianych urządzeń na całym świecie, koncentrując się zamiast tego na zewnętrznych pompach insulinowych i technologii zamkniętej pętli.

Zostaliśmy poinformowani, że Medtronic prowadzi rozmowy na temat przeniesienia tego adresu IP do firmy PhysioLogic Devices w San Diego. Dyrektor generalny tej firmy Greg Peterson - sam wszczepialny pompownik do insuliny od wczesnych lat 90-tych! - przejął na początku 2019 roku i twierdzi, że jest na „wieloletniej ścieżce rozwoju naszej najnowocześniejszej wszczepialnej pompy insulinowej, która w drugiej generacji będzie łączyła się za pośrednictwem naszego niestandardowego algorytmu z ciągłym monitorem glukozy”. Peterson jest optymistą, biorąc pod uwagę niedawne finansowanie z JDRF i spotkanie z Europejskim Komitetem ds. Badań w sprawie kontynuowania prac badawczo-rozwojowych.

Oczywiście nie jest to jedyna technologia kosmiczna, którą nadal można spotkać w świecie cukrzycy…

Innowacje w zakresie hermetyzacji komórek w stanie nieważkości

Jeden z fascynujących projektów wygenerowanych przez NASA dotyczy enkapsulacji komórek wysp trzustkowych, co skłoniło byłego astronautę i badacza cukrzycy do założenia własnej firmy w oparciu o trzy dekady pracy w tym obszarze. Dr Taylor Wang z Vanderbilt University w Nashville, TN, rozpoczął pracę nad bio-sztucznym plastrem na trzustkę znanym jako Encapsulife na podstawie swoich obserwacji w kosmosie z kwietnia 1985 roku.

Tak, dosłownie prowadził badania w stanie nieważkości na pokładzie niefortunnego wahadłowca kosmicznego Challenger. Wang kierował Laboratorium Napędów Odrzutowych w Kalifornijskim Instytucie Technologii, kiedy NASA wybrała go na specjalistę od ładunków i jeden z siedmiu astronautów podczas tygodniowej misji STS-51-B poświęconej badaniom mikrograwitacji. Ta misja uczyniła go pierwszym Chińczykiem, który poleciał w kosmos.

Według obserwatorów, takich jak JDRF, to, co Wang zobaczył w kosmosie w obszarze „wzrostu i wydajności polimerowej kapsułki”, było wyjątkowe i formujące. Badał, jak obracające się kuliste kształty zachowywały się w warunkach zerowej grawitacji i odkrył, że kropelki wody będą raczej migrować do środka kul, niż przemieszczać się w kierunku krawędzi. Opierając się na tej obserwacji, w latach 90. stworzył system enkapsulacji immunoizolacyjnej, który chroni żywe komórki i pozwala im utrzymać ich funkcję bez konieczności stosowania jakichkolwiek leków immunosupresyjnych, które mają tak wiele negatywnych skutków ubocznych.

Plaster Encapsulife został pomyślany jako zaawansowany technologicznie „naleśnik” składający się z wielowarstwowych kapsułek polimerowych, które uformują się w różne kształty, aby dopasować się do gospodarza przeszczepu. Byłby wielkości srebrnego dolara i zostałby wszczepiony pod skórę, zawierając dziesiątki tysięcy kapsułkowanych żywych komórek wysp (pochodzących od świń lub ludzkich dorosłych komórek macierzystych). Chroniłoby wysepki przed każdym atakiem autoimmunologicznym, przyjmując glukozę z wątroby z przewodu pokarmowego i stymulując wysepki do produkcji insuliny i automatycznego wydzielania jej do układu osoby z cukrzycą - tak jak normalnie pracująca trzustka.

Ludzie z Encapsulife mówią, że „kapsuła kosmiczna” jest naprawdę najlepszą analogią do tego, jak działa ta łatka: żywa istota wewnątrz kapsuły, która unosi się we wrogim lub obcym środowisku.

Wang przeprowadził pierwszą serię udanych badań na gryzoniach w latach 90., a dziesięć lat później, w 2007 r., Odkrył, że psy z cukrzycą można odstawiać insulinę wraz z normalnym poziomem cukru we krwi na czczo nawet przez siedem miesięcy. Ostatnio, w 2013 roku, Wang współpracował z dr Jamesem Markmannem ze szpitala Massachusetts General Hospital, aby użyć plastra z żywymi komórkami do przeciwdziałania cukrzycy u małych małp bez żadnych immunosupresantów.

„Bez wahadłowca NASA, Spacelab 3 i wczesnego wsparcia badań mikro-grawitacyjnych, żaden z naszych postępów biomedycznych, obiecujących ogromne korzyści medyczne dla ludzkości, nie zostałby zrealizowany” - powiedział nam wcześniej dr Wang .

Nie widzieliśmy wiele nowego w Encapsulife od czasu uzyskania patentu w USA w 2014 roku, ale powiedziano nam, że prace rozwojowe trwają, a na początku tego roku emerytowany bankier - Larry Lux - objął stanowisko prezesa startupu. Nie możemy się doczekać, aby zobaczyć, co będzie dalej.

Uprawa insuliny w kosmosie?

Innym fascynującym projektem NASA była hodowla kryształów insuliny w kosmosie.

Pod koniec lat 90. pojawiły się historie o kryształach insuliny badanych na promie kosmicznym i hodowanych w sposób niespotykany wcześniej na Ziemi. Wyniki eksperymentu związanego ze wzrostem kryształów insuliny w kosmosie w 1994 r. Zapowiadały „nowe zrozumienie cukrzycy”, potencjalnie torując drogę do ograniczenia wstrzyknięć insuliny poprzez wykorzystanie tego, co opracowano w przestrzeni kosmicznej.

„Wyhodowane w kosmosie kryształy insuliny dostarczyły nam nowych, nigdy wcześniej nie widzianych informacji” - powiedział wówczas jeden z nowojorskich badaczy. „W rezultacie mamy teraz znacznie bardziej szczegółowy obraz insuliny”.

Zebrane nowe informacje miały zostać wykorzystane przy opracowywaniu „nowego terapeutycznego leczenia insuliną w celu kontroli cukrzycy” w ośrodku badawczym w Birmingham, AL, które współpracowało z Centre for Macromolecular Crystallography, komercyjnym centrum kosmicznym NASA. Było to jedno z 10 komercyjnych centrów kosmicznych NASA zarządzanych przez Biuro Rozwoju Produktów Kosmicznych w ramach Biura Programu Badań Microgravity w Marshall Space Flight Center NASA.

Niestety, pomimo tych obiecujących nagłówków, nowy rodzaj insuliny pochodzącej z tych kosmicznych kryształów nigdy się nie zmaterializował. Mimo to NASA podkreśla, że ​​te badania pozwoliły lepiej zrozumieć, jak działa insulina i jej wpływ na zdrowie, co może częściowo pomóc im przygotować się do rozszerzonych ludzkich misji w kosmos.

Jak twierdzi NASA: „Udostępniane są wyjątkowe możliwości badawcze środowiska kosmicznego, aby zachęcić przedsiębiorstwa prywatne do wykorzystywania korzyści z badań kosmicznych w celu opracowywania nowych produktów lub usług”.

To wszystko jest bardzo Star Trek (lub Buzz Lightyear, jeśli wolisz), ale także bardzo ugruntowane. Weźmy na przykład obecne badanie NASA Twin z 2019 r., Które ujawniło nowe odkrycia dotyczące cukrzycy i chorób nerek.

Kto by pomyślał? Wielkie podziękowania dla NASA od Earthlings with Diabetes za ich stały wkład.

Do nieskończoności i dalej!