Tehnologie spațială NASA și diabet

Ce au în comun tehnologia spațială NASA și diabetul? De fapt, destul de mult.

Conexiunea dintre NASA și tehnologia diabetului a fost un subiect prezentat în cadrul reuniunii anuale recente a Societății Tehnologice a Diabetului, care a avut loc în perioada 14-16 noiembrie în Bethesda, MD. La acea adunare # 2019DTM, un medic NASA a recapitulat unele dintre cele mai notabile suprapuneri tehnologice de-a lungul anilor și a vorbit despre proiectele actuale.

„S-ar putea să vă întrebați ce face NASA aici și cum se potrivesc spațiul și diabetul”, a spus dr. Victor Schneider, ofițer medical de cercetare pentru programul de cercetare biomedicală și contramăsuri al NASA din Washington DC „NASA este o organizație tehnologică și am avut un interes pentru diabet și tehnologie pentru o lungă perioadă de timp, deoarece au existat aplicații specifice care s-au aplicat diabetului și sănătății personale, iar acest lucru este important pe măsură ce ne pregătim pentru aceste misiuni. ”

NASA explorează activ tehnologiile legate de sănătate, deoarece prevede misiuni conduse de oameni pe Lună în 2024 și pe Marte până în 2035, ca parte a noii lor directive privind politica spațială care solicită extinderea sistemului solar de către om. Cercetarea lor urmărește să echipeze mai bine astronauții și navele spațiale pentru viitoarele misiuni.

Istoria NASA și a diabetului

Din păcate, este încă imposibil ca persoanele cu diabet insulino-dependent să devină astronauți, deși pot lucra cu siguranță în alte roluri ale NASA, cum ar fi controlorii de zbor.

Dar, în ultimele câteva decenii, am văzut aplicații interesante ale tehnologiei NASA aplicate în lumea diabetului - de la microgravitația spațială care influențează crearea insulinei, până la monitoarele continue de glucoză utilizate pentru a monitoriza sănătatea și biometria astronauților, până la încapsularea insulelor și pompele de insulină implantabile care au fost adaptate de la proiectarea navelor spațiale.

Informație istorică interesantă: De fapt, în urmă cu 33 de ani, săptămâna trecută (10 noiembrie 1986), una dintre tehnologiile diabetului susținute de NASA - o pompă de insulină implantabilă dezvoltată de MiniMed - și-a găsit drumul în primul pacient uman.

La începutul anilor 2000, NASA a fost implicată public în cercetarea care acoperă rezistența hormonală, legată de diabet, până la proteinele vizate pentru proiectarea medicamentelor pentru diabet.

În 2006, un anunț de presă a afirmat: „NASA și universitățile se alătură luptei împotriva diabetului”. Lucrările de la Universitatea George Washington și Universitatea Cornell s-au concentrat pe analiza fotomicrografiilor electronice (imagini dintr-un microscop electronic) a celulelor beta de la șobolani și a răspunsului celulelor la glucoză.

Și în 2012, lucrarea a devenit într-adevăr foarte science-fiction, cu proiecte precum un telefon mobil care ar putea detecta diabetul din respirație.

„Pompă de insulină Space-Age”

Știați că tehnologia implantabilă timpurie a pompei de insulină provine din activitatea de cercetare și dezvoltare a NASA și a sistemelor spațiale militare? Da, așa-numitul sistem de medicamente implantabile programabile a fost un mic sistem de control al fluidelor micro-miniaturizate care fusese folosit inițial în experiențele de căutare a vieții în jurul a două misiuni ale navei spațiale Mars Viking din anii '70. Mass-media a fost încântată de acest lucru, difuzând funcții precum această „Pompă de insulină Space-Age ar putea deveni un lift pentru diabetici”, publicată în Chicago Tribune pe 20 noiembrie 1986.

În timp ce explorau cum să călătorească mai departe în spațiu și să depășească provocările de monitorizare a sănătății astronauților, cercetătorii NASA s-au orientat către acest tip de tehnologie pentru a monitoriza semnele vitale - și care s-au revărsat în cele din urmă în dezvoltarea tehnologiei civile a acestei pompe de insulină implantabile. Ulterior, ca rezultat al activității Centrului de zbor spațial Goddard în acest domeniu, experții medicali au reușit să creeze dispozitive implantabile care să poată monitoriza nivelurile de glucoză și să trimită semnale pentru a furniza insulină atunci când un astronaut ar putea avea nevoie de ea.

Pentru a clarifica, o pompă de insulină implantabilă nu este aceeași cu pompele de insulină tradiționale de astăzi care sunt lipite în piele printr-un ac mic care face parte dintr-un set de perfuzie. Mai degrabă, aceasta este o mică unitate alimentată cu baterii, care arată ca o mică hârtie metalică de hochei, implantată într-o procedură chirurgicală într-un buzunar de țesut sub piele, unde furnizează insulină bazală prin cateter. În general, transportă o cantitate de insulină concentrată de trei luni și poate fi reumplută fără a o scoate din corp de către un medic. Bateriile pot dura câțiva ani înainte de a fi necesară o nouă pompă implantabilă. Pacientul poartă un controler fără fir care seamănă cu o unitate tradițională de pompă cu tub Medtronic, utilizată pentru a programa doze de bolus pentru alimente și corecții.

Sună destul de cool, nu?

Bineînțeles, istoria spune acum o poveste despre modul în care pompa de insulină implantabilă nu era tot ceea ce era prognozat de NASA și experții diabetici de odinioară.

Prima pompă de insulină implantabilă MiniMed a fost dezvoltată în 1986, dar abia după un deceniu mai târziu dispozitivul a primit aprobarea de reglementare în Europa. Pe măsură ce MiniMed și-a îmbunătățit tehnologia atât în ​​SUA, cât și la nivel global, mai mulți pacienți au început să utilizeze dispozitivele. MiniMed a lansat în cele din urmă noi modele în 2000, care aveau o memorie îmbunătățită și o durată mai mare de viață a bateriei.

Totul s-a schimbat când Medtronic a cumpărat MiniMed în 2001 și au fost aduse doar îmbunătățiri minime în anii următori. În 2007, Medtronic a anunțat că va întrerupe cercetarea și dezvoltarea clinică pentru conceptul implantabil de pompă de insulină. Acest lucru i-a forțat pe utilizatori să găsească alte opțiuni de tratament sau să călătorească într-un loc unde ar putea fi reîncărcat dispozitivul sau înlocuit după cum este necesar. Aprovizionările au devenit din ce în ce mai limitate odată cu trecerea anilor, deoarece Medtronic furnizează doar un număr mic din aceste dispozitive implantabile la nivel internațional, concentrându-se în schimb pe pompele sale externe de insulină și pe tehnologia cu buclă închisă.

Ni se spune acum că Medtronic este în discuții pentru a transfera acel IP către dispozitivele PhysioLogic de pornire din San Diego. CEO-ul acelei companii, Greg Peterson - un pompier de insulină implantabil el însuși de la începutul anilor '90! - a preluat la începutul anului 2019 și spune că sunt pe o „pistă de mai mulți ani pentru a dezvolta pompa de insulină implantabilă de ultimă generație care, în a doua generație, se va conecta prin intermediul algoritmului nostru personalizat la un monitor continuu de glucoză”. Cu finanțarea recentă a JDRF și o întâlnire cu Comitetul European de Cercetare pentru continuarea acestui C&D, Peterson este optimist.

Aceasta nu este singura tehnologie derivată din spațiu încă văzută astăzi în universul diabetului, desigur ...

Inovații de încapsulare celulară de la gravitația zero

Un proiect fascinant generat de NASA implică încapsularea celulelor insulelor, ceea ce a condus un fost cercetător astronaut și diabet să își întemeieze propria companie pe baza a trei decenii de muncă în acea zonă. Dr. Taylor Wang de la Universitatea Vanderbilt din Nashville, TN, și-a început activitatea pe un plasture de pancreas bio-artificial cunoscut sub numele de Encapsulife, pe baza observațiilor sale din aprilie 1985 în spațiu.

Da, făcea literalmente cercetări în gravitație zero la bordul nefericitului Space Shuttle Challenger. Wang se îndrepta spre laboratorul de propulsie cu jet al Institutului de Tehnologie din California, când a fost ales de NASA pentru a servi ca specialist în sarcină utilă și unul dintre cei șapte astronauți într-o misiune STS-51-B de o săptămână, concentrată pe cercetarea microgravitației. Această misiune l-a făcut primul etnic chinez care a intrat în spațiu.

Ceea ce Wang a văzut în spațiu în zona „creșterii și performanței capsulelor polimerice” a fost unic și formativ, conform cercetătorilor, precum JDRF. El a studiat modul în care s-au comportat forme rotative în formă de sferă în greutate zero și a constatat că picăturile de apă ar migra spre centrul sferelor, mai degrabă decât să se deplaseze spre margini. Pe baza acestei observații, în anii 1990 a creat un sistem de încapsulare a imunizolației care protejează celulele vii și le permite să-și susțină funcția celulară, fără a fi nevoie de niciun medicament imunosupresor care să aibă atât de multe efecte secundare negative.

Plasturele Plasturele Encapsulife a fost conceput ca o „clătită” de înaltă tehnologie formată din capsule polimerice multistrat care s-ar forma în diferite forme pentru a se potrivi gazdei de transplant. Aproximativ dimensiunea unui dolar de argint, ar fi implantat sub piele, reținând zeci de mii de celule insulare vii încapsulate (provenite din porci sau celule stem umane adulte). Ar proteja insulele de orice atac autoimun, primind glucoza digestivă din ficat și stimulând insulele să producă insulină și să o secrete automat în sistemul persoanei diabetice - la fel ca un pancreas normal de lucru.

Oamenii Encapsulife spun că o „capsulă spațială” este într-adevăr cea mai bună analogie pentru modul în care funcționează acest plasture: o ființă vie în interiorul capsulei care pluteste într-un mediu ostil sau străin.

Wang a efectuat prima rundă de studii de succes folosind rozătoare în anii 90, iar un deceniu mai târziu, în 2007, a descoperit că câinii diabetici puteau fi scoși din insulină cu zaharuri normale din sânge de post, timp de până la șapte luni. Cel mai recent, în 2013, Wang a lucrat cu Dr. James Markmann la Spitalul General din Massachusetts pentru a utiliza plasturele de celule vii pentru a contracara diabetul la maimuțele mici, fără imuno-supresoare.

„Fără naveta NASA, Spacelab 3 și asistența timpurie pentru cercetarea micro-gravitațională, niciunul dintre progresele noastre bio-medicale, cu promisiunea de a oferi umane beneficii medicale enorme, nu s-ar fi realizat”, ne-a spus dr. Wang anterior .

Nu am văzut multe noutăți de la Encapsulife de când a obținut un brevet american în 2014, dar ni se spune că lucrările de dezvoltare continuă și, la începutul acestui an, un bancher pensionar - Larry Lux - a preluat funcția de președinte al startup-ului. Așteptăm cu nerăbdare să vedem ce va urma.

Creșteți insulina în spațiul cosmic?

Un alt proiect fascinant transmis de NASA a fost creșterea cristalelor de insulină în spațiu.

La sfârșitul anilor '90, au existat povești despre cristalele de insulină studiate pe o navetă spațială și crescute în moduri care nu se mai vedeau pe planeta Pământ. Rezultatele unui experiment de creștere a cristalului de insulină din spațiu din 1994 au promis o „nouă înțelegere a diabetului”, care ar putea deschide o cale de a reduce injecțiile cu insulină prin utilizarea a ceea ce a fost dezvoltat în spațiul cosmic.

„Cristalele de insulină crescute în spațiu ne-au furnizat informații noi, nemaivăzute până acum”, a spus atunci un cercetător din New York. Ca urmare, avem acum o imagine mult mai detaliată a insulinei.

Noile informații culese urmau să fie utilizate în dezvoltarea unui „nou tratament terapeutic cu insulină pentru controlul diabetului” la un centru de cercetare din Birmingham, AL, care a colaborat cu Centrul pentru Cristalografie Macromoleculară, un centru spațial comercial al NASA. A fost unul dintre cele 10 centre spațiale comerciale ale NASA administrate de biroul de dezvoltare a produselor spațiale din cadrul biroului programului de cercetare a microgravitației de la Centrul de zbor spațial Marshall al NASA.

Din păcate, în ciuda acelor titluri promițătoare, un nou tip de insulină derivat din acele cristale cultivate în spațiu nu s-a materializat niciodată. Totuși, NASA insistă asupra faptului că această cercetare a permis o mai bună înțelegere a modului în care funcționează insulina și a impactului acesteia asupra sănătății, care le poate ajuta parțial să se pregătească pentru misiuni umane extinse în spațiu.

După cum afirmă NASA: „Oportunități unice de cercetare a mediului spațial sunt puse la dispoziție pentru a încuraja industriile private să exploateze beneficiile cercetării spațiale pentru a dezvolta noi produse sau servicii.”

Totul este foarte Star Trek (sau Buzz Lightyear, dacă vreți), dar și foarte solid. Luați, de exemplu, acest studiu actual NASA Twin 2019, care a dezvăluit noi descoperiri privind diabetul și bolile renale.

Cine ar fi crezut? Un mare mulțumire NASA de la pământenii cu diabet pentru contribuțiile lor continue.

La infinit și dincolo de!