NASA: n avaruustekniikka ja diabetes

Mitä NASAn avaruustekniikalla ja diabeteksella on yhteistä? Oikeastaan ​​melko paljon.

NASAn ja diabeteknologian välinen yhteys oli esillä äskettäisessä Diabetes Technology Society -järjestön vuosikokouksessa, joka pidettiin 14.-16. Marraskuuta Bethesdassa, MD. Tuossa # 2019DTM -kokouksessa NASA-lääkäri kertoi joitain merkittävimpiä tekniikan päällekkäisyyksiä vuosien varrella ja puhui nykyisistä projekteista.

"Saatat ihmetellä, mitä NASA tekee täällä ja miten avaruus ja diabetes sopivat yhteen", sanoi tohtori Victor Schneider, NASA: n Washington DC: n biolääketieteellisen tutkimuksen ja vastatoimien ohjelman tutkimuslääkäri "NASA on teknologiaorganisaatio, ja meillä on ollut kiinnostus diabetekseen ja tekniikkaan pitkään, koska diabetekselle ja henkilökohtaiselle terveydelle on ollut erityisiä sovelluksia, ja se on tärkeää valmistautuessamme näihin tehtäviin. "

NASA tutkii aktiivisesti terveysteknologiaa, koska se suunnittelee ihmisen johtamia tehtäviä kuuhun vuonna 2024 ja Marsiin vuoteen 2035 mennessä osana uutta avaruuspolitiikkaa koskevaa direktiiviä, jossa vaaditaan aurinkokunnan laajentamista ihmisille. Heidän tutkimuksensa tarkoituksena on varustaa astronautit ja avaruusalukset paremmin tuleviin tehtäviin.

NASAn ja diabeteksen historia

Valitettavasti insuliiniriippuvaisen diabeteksen omaavien ihmisten on edelleen mahdotonta tulla astronauteiksi, vaikka he voivat varmasti toimia muissa NASA-rooleissa, kuten lennonjohtajina.

Mutta viime vuosikymmenien aikana olemme nähneet NASA-tekniikan jännittäviä sovelluksia diabeteksen maailmassa - avaruuden mikrogravitaatiosta, joka vaikuttaa insuliinin luomiseen, jatkuviin glukoosimonitoreihin, joita käytetään astronauttien terveyden ja biometristen ominaisuuksien seurantaan, saarekkeisiin ja implantoitaviin insuliinipumppuihin, jotka on sovitettu avaruusalusten suunnittelusta.

Mielenkiintoinen historiallinen katsaus: Itse asiassa 33 vuotta sitten viime viikolla (10. marraskuuta 1986) yksi NASA: n tukemista diabetekseen liittyvistä tekniikoista - MiniMedin kehittämä implantoitava insuliinipumppu - löysi tiensä ensimmäiseen ihmispotilaan.

2000-luvun alussa NASA oli julkisesti mukana tutkimuksessa, joka kattoi diabetekseen liittyvän hormoniresistenssin aina kohdennettuihin proteiineihin diabeteslääkkeiden suunnittelua varten.

Vuonna 2006 lehdistötiedotteessa mainittiin: "NASA ja yliopistot osallistuvat diabeteksen torjuntaan." George Washingtonin yliopiston ja Cornellin yliopiston työssä keskityttiin rottien beetasolujen elektronivalokuva-mikroskooppien (elektronimikroskoopilla otettujen kuvien) ja solujen reaktion glukoosiin analysointiin.

Ja vuonna 2012 työ sai todella tieteiskirjallisuutta, sellaisten projektien kuin matkapuhelin, joka pystyi havaitsemaan diabeteksen hengityksestäsi.

"Space-Age -insuliinipumppu"

Tiesitkö, että varhainen implantoitava insuliinipumpputekniikka tuli NASA: n ja sotilaallisten avaruusjärjestelmien tutkimus- ja kehitystyöstä? Niin, ns. Ohjelmoitava implantoitava lääkitysjärjestelmä oli pieni, mikro-miniatyyroitu nesteenhallintajärjestelmä, jota oli alun perin käytetty elämänhakukokemuksissa kahden Mars Viking -avaruusaluksen tehtävän ympärillä 70-luvulla. Media oli innoissaan tästä, käynnissä olevat ominaisuudet, kuten tämä "Space-Age-insuliinipumppu voisi tulla hissi diabeetikoille" -julkaisussa, joka julkaistiin Chicago Tribune 20. marraskuuta 1986.

NASAn tutkijat etsivät kuinka matkustaa kauemmas avaruuteen ja selviytyä astronauttien terveyden seurannan haasteista tämäntyyppisen tekniikan suhteen seuratakseen elintoimintoja - ja se levisi lopulta tämän implantoitavan insuliinipumpun siviilitekniseen kehitykseen. Myöhemmin Goddardin avaruuslentokeskuksen tällä alalla tekemän työn seurauksena lääketieteen asiantuntijat pystyivät luomaan implantoitavia laitteita, jotka voivat seurata glukoosipitoisuutta ja lähettää signaaleja insuliinin toimittamiseksi, kun astronautti sitä tarvitsee.

Selvyyden vuoksi implantoitava insuliinipumppu ei ole sama kuin nykypäivän perinteiset insuliinipumput, jotka ovat kiinni ihossa pienen neulan kautta, joka on osa infuusiosettiä. Pikemminkin tämä on pieni paristokäyttöinen yksikkö, joka näyttää pieneltä metallikiekkopyörältä, joka on istutettu kirurgiseen toimenpiteeseen ihon alle kudostaskuun, josta se toimittaa perusinsuliinia katetrin kautta. Yleensä se kuluttaa kolmen kuukauden väkevää insuliinia, ja lääkäri voi täyttää sen uudelleen poistamatta sitä kehosta. Akut voivat kestää useita vuosia ennen uuden implantoitavan pumpun tarvetta. Potilaalla on langaton ohjain, joka muistuttaa perinteistä Medtronic-putkipumppuyksikköä, jota käytetään bolusannosten ohjelmointiin ruokaa ja korjauksia varten.

Kuulostaa aika siistiltä, ​​eikö?

Tietysti historia kertoo nyt tarinan siitä, kuinka implantoitava insuliinipumppu ei ollut kaikki, mitä NASA ja menneisyyden diabeteksen asiantuntijat ennustivat olevan.

Ensimmäinen MiniMed-implantoitava insuliinipumppu kehitettiin vuonna 1986, mutta vasta vuosikymmenen kuluttua laite sai viranomaishyväksynnän Euroopassa. Kun MiniMed kehitti tekniikkaansa sekä täällä Yhdysvalloissa että maailmanlaajuisesti, useammat potilaat alkoivat käyttää laitteita. Lopulta MiniMed julkaisi vuonna 2000 uudet mallit, joilla oli parempi muisti ja pidempi akun käyttöikä.

Kaikki muuttui, kun Medtronic osti MiniMedin vuonna 2001, ja seuraavina vuosina tehtiin vain vähän parannuksia. Vuonna 2007 Medtronic ilmoitti lopettavansa implantoitavan insuliinipumppukonseptin kliinisen tutkimus- ja kehitystyön kokonaan. Se pakotti käyttäjät joko etsimään muita hoitovaihtoehtoja tai matkustamaan jonnekin, jolloin he voisivat saada laitteen uudelleen tai vaihtaa tarpeen mukaan. Toimitukset ovat yhä rajallisempia vuosien mittaan, koska Medtronic toimittaa vain pienen määrän näistä implantoitavista laitteista kansainvälisesti, sen sijaan keskittyen ulkoisiin insuliinipumppuihinsa ja suljetun silmukan tekniikkaansa.

Meille kerrotaan nyt, että Medtronic käy neuvotteluja IP-osoitteen siirtämisestä San Diegon käynnistyslaitteelle PhysioLogic Devices. Kyseisen yhtiön toimitusjohtaja Greg Peterson - itse istutettava insuliinipumppu 90-luvun alusta lähtien! - otti tehtävänsä vuoden 2019 alussa ja sanoo olevansa "monivuotisella radalla kehittääksemme huipputason implantoitavaa insuliinipumppua, joka toisessa sukupolvessa yhdistää räätälöidyn algoritmin kautta jatkuvaan glukoosimonitoriin". Viimeaikaisella JDRF: n rahoituksella ja tapaamisella Euroopan tutkimuskomitean kanssa tämän T & K-toiminnan jatkamiseksi Peterson on optimistinen.

Se ei tietenkään ole ainoa avaruudesta peräisin oleva tekniikka, jota vielä nähdään diabeteksen maailmankaikkeudessa ...

Solukapselointiin liittyvät innovaatiot nollapainovoimasta

Yksi kiehtova NASA: n tuottama projekti sisältää saarekkeiden kapseloinnin, joka sai entisen astronautin ja diabeteksen tutkijan perustamaan oman yrityksen, joka perustui kolmen vuosikymmenen työhön tällä alueella. Tohtori Taylor Wang Vanderbiltin yliopistosta Nashvillessä, Tennessee, aloitti biokemiallisen haima-laastarin, joka tunnetaan nimellä Encapsulife, huhtikuussa 1985 tekemiensä avaruushavaintojen perusteella.

Kyllä, hän teki kirjaimellisesti tutkimusta nollapainossa epätoivoisen avaruussukkula Challengerin aluksella. Wang oli menossa Kalifornian teknillisen instituutin suihkumoottorilaboratorioon, kun NASA valitsi hänet palvelemaan hyötykuorman asiantuntijana ja yhtenä seitsemästä astronautista viikon mittaisessa mikropainotutkimukseen keskittyvässä STS-51-B -operaatiossa. Tämä tehtävä teki hänestä ensimmäisen etnisen kiinalaisen, joka meni avaruuteen.

Se, mitä Wang näki avaruudessa "polymeerikapselin kasvun ja suorituskyvyn" alueella, oli ainutlaatuinen ja muotoileva, JDRF: n kaltaisten tutkijoiden mukaan. Hän tutki kuinka pyörivät pallomaiset muodot käyttäytyivät nollapainossa ja huomasi, että vesipisarat siirtyisivät pallojen keskelle pikemminkin kuin liikkuisivat kohti reunoja. Tämän havainnon perusteella hän loi 1990-luvulla immuunieristyskapselointijärjestelmän, joka suojaa eläviä soluja ja antaa niiden ylläpitää solujen toimintaa ilman tarvetta immunosuppressiolääkkeille, joilla on niin paljon negatiivisia sivuvaikutuksia.

Laastari Encapsulife-laastari kuviteltiin korkean teknologian "pannukakuksi", joka koostui monikerroksisista polymeerikapseleista, jotka muodostuivat eri muotoisiksi sopiviksi elinsiirtoon. Noin hopean dollarin kokoinen se istutettaisiin ihon alle, ja siinä olisi kymmeniä tuhansia kapseloituja eläviä saarekesoluja (peräisin sioista tai aikuisten ihmisen kantasoluista). Se suojaisi saarekkeita kaikilta autoimmuunihyökkäyksiltä, ​​toivoten ruoansulatuskanavan glukoosin maksasta tervetulleeksi ja stimuloi saarekkeita tuottamaan insuliinia ja erittämään sitä automaattisesti diabeetikon järjestelmään - aivan kuten normaali toimiva haima.

Encapsulifen ihmiset sanovat, että "avaruuskapseli" on todellakin paras analogia tämän laastarin toiminnalle: kapselin sisällä oleva elävä olento, joka kelluu vihamielisessä tai vieraassa ympäristössä.

Wang suoritti ensimmäisen onnistuneen tutkimuksen kierroksen jyrsijöillä jo 90-luvulla, ja vuosikymmenen kuluttua vuonna 2007 hän havaitsi, että diabeettiset koirat voidaan ottaa pois insuliinista normaalilla paastoverensokerilla jopa seitsemän kuukauden ajan. Viimeksi vuonna 2013 Wang työskenteli tohtori James Markmannin kanssa Massachusettsin yleissairaalassa käyttääkseen elävää solulaastaria diabeteksen torjunnassa pienillä apinoilla ilman immunosuppressantteja.

"Ilman NASA: n Shuttle-, Spacelab 3- ja varhaisen seurannan mukaista mikropainovoiman tutkimustukea mikään biolääketieteellisistä edistysaskeleistamme, jossa lupauksemme tarjota valtavia lääketieteellisiä etuja ihmiskunnalle, ei olisi toteutunut", tohtori Wang kertoi meille aiemmin .

Emme ole nähneet paljon uutta Encapsulifesta sen jälkeen, kun se sai Yhdysvaltain patentin vuonna 2014, mutta meille kerrotaan, että kehitystyö jatkuu, ja aiemmin tänä vuonna eläkkeellä oleva pankkiiri - Larry Lux - aloitti startupin puheenjohtajana. Odotamme innolla, mitä seuraavaksi tulee.

Kasvatatko insuliinia avaruudessa?

Toinen kiehtova NASA: n toteuttama projekti oli insuliinikiteiden kasvattaminen avaruudessa.

90-luvun lopulla oli tarinoita insuliinikiteistä, joita tutkittiin avaruussukkulalla ja joita kasvatettiin tavoilla, joita ei nähty maapallolla aikaisemmin. Tulokset vuoden 1994 avaruusinsuliinikiteiden kasvukokeesta lupasivat "uuden käsityksen diabeteksesta", mikä voisi mahdollisesti avata keinon vähentää insuliinin injektioita käyttämällä ulkoavaruudessa kehitettyä.

"Avaruudessa kasvatetut insuliinikiteet ovat tarjonneet meille uutta, ennennäkemätöntä tietoa", eräs New Yorkin tutkija sanoi tuolloin. "Tämän seurauksena meillä on nyt paljon yksityiskohtaisempi kuva insuliinista."

Uusia tietoja oli tarkoitus käyttää kehittämään ”uutta terapeuttista insuliinihoitoa diabeteksen hallintaan” Birminghamissa, AL, sijaitsevassa tutkimuskeskuksessa, joka oli ollut yhteistyössä NASA: n kaupallisen avaruuskeskuksen Macromolecular Crystallography -keskuksen kanssa. Se oli yksi NASA: n 10 kaupallisesta avaruuskeskuksesta, jota hallinnoi Avaruustuotteiden kehittämistoimisto NASA: n Marshallin avaruuslentokeskuksen mikrogravitaatiotutkimusohjelmatoimistossa.

Valitettavasti näistä lupaavista otsikoista huolimatta uudentyyppinen insuliini, joka on peräisin näistä avaruudessa kasvatetuista kiteistä, ei koskaan toteutunut. Silti NASA vaatii, että tämä tutkimus antoi paremman käsityksen insuliinin toiminnasta ja sen vaikutuksista terveyteen, mikä voi osittain auttaa heitä valmistautumaan laajennettuihin avaruusmatkoihin.

Kuten NASA sanoo: "Avaruusympäristön ainutlaatuiset tutkimusmahdollisuudet tarjotaan kannustamaan yksityisiä teollisuudenaloja hyödyntämään avaruustutkimuksen etuja uusien tuotteiden tai palvelujen kehittämiseksi."

Se on kaikki hyvin Star Trek (tai Buzz Lightyear jos haluat), mutta myös erittäin maadoitettu. Otetaan esimerkiksi tämä nykyinen NASA Twin -tutkimus 2019, joka on paljastanut uusia havaintoja diabeteksesta ja munuaissairaudesta.

Kuka olisi ajatellut? Suuri kiitos NASA: lle Diabetes-maapallon maista heidän jatkuvasta panoksestaan.

Kohti ääretöntä ja sen yli!