NASA vesoljska tehnologija in diabetes

Kaj imata skupnega NASA-ina vesoljska tehnologija in diabetes? Pravzaprav kar veliko.

Povezava med NASO in tehnologijo diabetesa je bila izpostavljena tema nedavnega letnega srečanja Diabetes Technology Society, ki je potekalo 14. in 16. novembra v Bethesdi, MD. Na tem srečanju # 2019DTM je zdravnik NASA povzel nekaj najpomembnejših tehnoloških prekrivanj skozi leta in spregovoril o trenutnih projektih.

"Morda se sprašujete, kaj NASA počne tukaj in kako se vesolje in diabetes ujemata," je povedal dr. Victor Schneider, raziskovalni zdravnik pri NASA-inem programu za biomedicinske raziskave in protiukrepe v Washingtonu DC. "NASA je tehnološka organizacija in imeli smo zanimanje za sladkorno bolezen in tehnologijo že dolgo, ker obstajajo posebne aplikacije, ki veljajo za sladkorno bolezen in osebno zdravje, in to je pomembno, ko se pripravljamo na te misije. "

NASA aktivno raziskuje tehnologije, povezane z zdravjem, saj predvideva misije, ki jih vodijo ljudje na Luno leta 2024 in na Mars do leta 2035, kot del njihove nove direktive o vesoljski politiki, ki poziva k širitvi človeškega sončnega sistema. Njihova raziskava je namenjena boljšemu opremljanju astronavtov in vesoljskih plovil za prihodnje misije.

Zgodovina NASA in diabetes

Na žalost ljudje z diabetesom, odvisnimi od inzulina, še vedno ne morejo postati astronavti, čeprav lahko zagotovo delajo v drugih vlogah NASE, na primer kot kontrolorji letenja.

Toda v zadnjih nekaj desetletjih smo videli navdušujoče aplikacije NASA-jeve tehnologije, ki se uporabljajo za svet diabetesa - od vesoljske mikrogravitacije, ki vpliva na nastajanje inzulina, do neprekinjenih monitorjev glukoze, ki se uporabljajo za spremljanje zdravja in biometrije astronavtov, do inkapsulacije otočkov in vsadljivih insulinskih črpalk, ki so bile prilagojene zasnovi vesoljskih plovil.

Zanimiva zgodovinska malenkost: Pred preteklim tednom (10. novembra 1986) je bilo dejansko pred 33 leti, ko je ena od NASA-ih podprtih tehnologij za diabetes - vsadljiva inzulinska črpalka, ki jo je razvil MiniMed - našla pot do prvega človeškega pacienta.

V zgodnjih 2000-ih je bila NASA javno vključena v raziskave, ki zajemajo odpornost na hormone, povezane s sladkorno boleznijo, vse do ciljnih beljakovin za oblikovanje zdravil za diabetes.

Leta 2006 je v tiskovnem sporočilu pisalo: "NASA in univerze se pridružijo boju proti diabetesu." Delo na univerzi George Washington in Cornell se je osredotočalo na analizo elektronskih fotomikrografov (slike z elektronskim mikroskopom) beta celic podgan in odziv celic na glukozo.

Leta 2012 je delo dobilo zelo znanstveno fantastiko s projekti, kot je mobilni telefon, s katerim lahko zaznate sladkorno bolezen v dihu.

“Inzulinska črpalka Space-Age”

Ste vedeli, da je tehnologija za zgodnjo vsaditev inzulinske črpalke prišla iz raziskav in razvoja na NASI in vojaških vesoljskih sistemih? Tako imenovani Programmable Implanttable Medication System je bil majhen, mikro-miniaturiziran sistem za nadzor tekočin, ki se je sprva uporabljal v življenjskih izkušnjah okoli dveh misij vesoljskih plovil Mars Viking v 70-ih. Mediji so bili nad tem navdušeni, delujoče funkcije, kot je ta "Insulinska črpalka Space-Age bi lahko postala dvigalo za diabetike", objavljene v Chicago Tribune 20. novembra 1986.

Medtem ko so raziskovali, kako potovati dlje v vesolje in premagovati izzive spremljanja zdravja astronavtov, so se raziskovalci NASA obrnili na to vrsto tehnologije za spremljanje vitalnih znakov - in to se je sčasoma prelilo v civilni tehnološki razvoj te vsadljive inzulinske črpalke. Kasneje so zaradi dela Goddardovega vesoljskega letalskega centra na tem področju medicinski strokovnjaki lahko ustvarili naprave za vsaditev, ki lahko nadzirajo raven glukoze in pošiljajo signale za dostavo insulina, kadar ga astronavt potrebuje.

Pojasnimo, implantacijska inzulinska črpalka ni enaka današnjim tradicionalnim inzulinskim črpalkam, ki se z majhno iglo, ki je del infuzijskega kompleta, zataknejo v kožo. Namesto tega gre za majhne enote na baterije, ki so videti kot majhna kovinska hokejska ploščica, ki jo v kirurškem posegu vsadijo v žep tkiva pod kožo, kjer prek katetra dovajajo bazalni inzulin. Na splošno vsebuje trimesečno zalogo koncentriranega insulina in ga lahko zdravnik napolni, ne da bi ga odstranil iz telesa. Baterije lahko zdržijo vrsto let, preden je potrebna nova vsadljiva črpalka. Pacient ima brezžični krmilnik, ki spominja na tradicionalno črpalno enoto Medtronic, ki se uporablja za programiranje bolusnih odmerkov za hrano in popravke.

Sliši se precej kul, kajne?

Seveda zgodovina zdaj pripoveduje zgodbo o tem, kako vsadljiva inzulinska črpalka še ni bila vse, kar so napovedovali NASA in nekdanji strokovnjaki za diabetes.

Prva inzulinska črpalka za vsaditev MiniMed je bila razvita leta 1986, a je naprava skoraj po desetletju pozneje dobila regulativno odobritev v Evropi. Ko je MiniMed izboljšal svojo tehnologijo tako v ZDA kot po svetu, je več pacientov začelo uporabljati naprave. MiniMed je na koncu leta 2000 izdal nove modele, ki so izboljšali pomnilnik in daljšo življenjsko dobo baterije.

Vse se je spremenilo, ko je Medtronic leta 2001 kupil MiniMed, v naslednjih letih pa so bile narejene le minimalne izboljšave. Leta 2007 je Medtronic napovedal, da bo popolnoma ustavil klinične raziskave in razvoj koncepta vsadljive insulinske črpalke. To je uporabnike prisililo, da so poiskali druge možnosti zdravljenja ali pa odpotovali nekam, kjer so lahko napravo napolnili ali po potrebi zamenjali. Z leti so zaloge postajale vse bolj omejene, saj Medtronic na mednarodni ravni dobavlja le majhno število teh vsadljivih naprav, namesto da bi se osredotočil na zunanje inzulinske črpalke in tehnologijo zaprtega kroga.

Zdaj so nam povedali, da se Medtronic pogovarja o prenosu tega IP-ja na zagonski podjetje PhysioLogic Devices iz San Diega. Predsednik uprave te družbe Greg Peterson - sam implantacijski inzulinski črpalnik že od zgodnjih 90-ih! - prevzeli v začetku leta 2019 in pravijo, da so na "večletni poti za razvoj naše najsodobnejše vsadljive inzulinske črpalke, ki se bo v drugi generaciji prek našega prilagojenega algoritma povezala z neprekinjenim monitorjem glukoze." Z nedavnim financiranjem JDRF in srečanjem z Evropskim raziskovalnim odborom o nadaljevanju tega raziskovanja je Peterson optimističen.

To seveda ni edina vesoljska tehnologija, ki jo še danes vidimo v vesolju diabetesa ...

Inovacije celične inkapsulacije z nično težo

En fascinanten projekt, ki ga je ustvarila NASA, vključuje kapsulacijo otočnih celic, zaradi česar je nekdanji raziskovalec astronavtov in diabetesa na podlagi treh desetletij dela na tem področju ustanovil svoje podjetje. Taylor Wang na univerzi Vanderbilt v Nashvillu v zvezni državi TN je na podlagi svojih opazovanj v vesolju aprila 1985 začel z delom na bio-umetnem obližu trebušne slinavke, znanem kot Encapsulife.

Da, dobesedno je raziskoval v ničelni gravitaciji na nesrečnem Space Shuttle Challengerju. Wang je vodil Laboratorij za reaktivni pogon Kalifornijskega inštituta za tehnologijo, ko ga je NASA izbrala za specialista za tovor in enega od sedmih astronavtov v enotedenski misiji STS-51-B, osredotočeni na raziskave mikrogravitacije. Zaradi tega poslanstva je postal prva kitajska oseba, ki je odšla v vesolje.

Po mnenju raziskovalcev, kot je JDRF, je Wang videl v vesolju na področju "rasti in zmogljivosti polimernih kapsul" edinstveno in oblikovalno. Proučeval je, kako se krožne oblike, podobne krogli, obnašajo v ničelni gravitaciji in ugotovil, da bi se kapljice vode preselile v središče krogel, namesto da bi se premaknile proti robovom. Na podlagi tega opazovanja je v devetdesetih letih ustvaril sistem za imunsko izolacijsko kapsulacijo, ki ščiti žive celice in jim omogoča, da vzdržujejo njihovo celično funkcijo, brez potrebe po kakršnih koli imunosupresijskih zdravilih, ki imajo toliko negativnih stranskih učinkov.

Obliž Encapsulife obliž je bil zamišljen kot visokotehnološka "palačinka", sestavljena iz večplastnih polimernih kapsul, ki bi se oblikovale v različne oblike, ki ustrezajo presaditvenemu gostitelju. Približno velik kot srebrni dolar, bi ga vsadili pod kožo, v njem pa bi bilo na desettisoče zaprtih celic živih otočkov (pridobljenih iz prašičev ali človeških matičnih celic odraslih). Otočke bi zaščitil pred kakršnimi koli avtoimunskimi napadi, pozdravil prebavno glukozo iz jeter in spodbudil otočke, da proizvajajo inzulin in ga samodejno izločajo v sistem diabetike - tako kot običajna delujoča trebušna slinavka.

Ljudje Encapsulife pravijo, da je "vesoljska kapsula" res najboljša analogija za delovanje tega obliža: živo bitje v kapsuli, ki plava v sovražnem ali tujem okolju.

Wang je prvi krog uspešnih študij na glodalcih opravil že v devetdesetih letih, desetletje kasneje leta 2007 pa je ugotovil, da se diabetičnim psom lahko vzame inzulin z običajnim krvnim sladkorjem na tešče do sedem mesecev. Nazadnje leta 2013 je Wang skupaj z dr. Jamesom Markmannom iz splošne bolnišnice Massachusetts uporabljal obliž živih celic za preprečevanje diabetesa pri majhnih opicah brez imunosupresivov.

"Brez NASA-jevega Shuttlea, Spacelaba 3 in zgodnje nadaljnje podpore za mikro gravitacijske raziskave ne bi prišlo do nobenega našega napredka na področju biomedicine z obljubo, da bo človeštvu prineslo ogromne zdravstvene koristi," nam je prej dejal dr. .

Od družbe Encapsulife nismo videli veliko novega, odkar je leta 2014 pridobil ameriški patent, vendar so nam povedali, da se razvojno delo nadaljuje, v začetku letošnjega leta pa je funkcijo predsednika prevzel upokojeni bančnik - Larry Lux. Veselimo se prihodnjega.

Gojenje insulina v vesolju?

Še en fascinanten projekt, ki ga je opravila NASA, je gojenje kristalov insulina v vesolju.

V poznih devetdesetih letih so se zgodbe o kristalih insulina preučevale na vesoljski ladji in gojile na načine, ki jih prej niso videli na planetu Zemlja. Rezultati eksperimenta rasti kristalov inzulina v vesolju leta 1994 so obljubili "novo razumevanje diabetesa", ki bi lahko odprlo pot za zmanjšanje injekcij insulina z uporabo tistega, kar je bilo razvito v vesolju.

"V vesolju pridelani kristali insulina so nam zagotovili nove, še nikoli videne informacije," je takrat dejal neki newyorški raziskovalec. "Kot rezultat imamo zdaj veliko podrobnejšo sliko insulina."

Zbrane nove informacije naj bi uporabili pri razvoju "novega terapevtskega zdravljenja z insulinom za nadzor diabetesa" v raziskovalnem centru v Birminghamu v zvezni državi AL, ki je sodeloval s Centrom za makromolekularno kristalografijo, NASA-jevim komercialnim vesoljskim centrom. Bil je eden od 10 NASA-ih komercialnih vesoljskih centrov, ki jih je vodil Urad za razvoj vesoljskih izdelkov v okviru urada za raziskave mikrogravitacije pri NASA-inem centru za vesoljske lete Marshall.

Žal se kljub obetavnim naslovom nova vrsta insulina, pridobljenega iz teh vesoljskih kristalov, ni nikoli uresničila. Kljub temu NASA vztraja, da je ta raziskava omogočila boljše razumevanje delovanja insulina in njegovega vpliva na zdravje, kar jim lahko deloma pomaga pri pripravi na razširjene človeške misije v vesolje.

Kot pravi NASA: "Na voljo so edinstvene raziskovalne možnosti vesoljskega okolja, ki spodbujajo zasebne industrije, da izkoristijo prednosti vesoljskih raziskav za razvoj novih izdelkov ali storitev."

Vse je zelo Star Trek (ali Buzz Lightyear, če hočete), a tudi zelo utemeljeno. Vzemimo za primer to sedanjo raziskavo NASA Twin iz leta 2019, ki je razkrila nove ugotovitve o diabetesu in ledvičnih boleznih.

Kdo bi si mislil? Najlepša hvala Nasi od Zemljanov z diabetesom za njihov stalni prispevek.

Do neskončnosti in naprej!