NASA Rumteknologi og Diabetes

Hvad har NASAs rumteknologi og diabetes til fælles? En hel del faktisk.

Forbindelsen mellem NASA og diabetesteknologi var et særligt emne på det nylige Diabetes Technology Society årlige møde, der blev afholdt 14.-16. November i Bethesda, MD. På den # 2019DTM-samling genoptog en NASA-læge nogle af de mere bemærkelsesværdige tekniske overlapninger gennem årene og talte om aktuelle projekter.

”Du spekulerer måske på, hvad NASA laver her, og hvordan plads og diabetes passer sammen,” sagde Dr. Victor Schneider, forskningsmedicinsk officer for NASAs Biomedical Research and Countermeasures Program i Washington DC. “NASA er en teknologiorganisation, og vi har haft en interesse i diabetes og teknologi i lang tid, fordi der har været specifikke applikationer, der har været anvendt på diabetes og personlig sundhed, og det er vigtigt, når vi forbereder os på disse missioner. ”

NASA udforsker aktivt sundhedsrelaterede teknologier, da de forestiller sig menneskestyrede missioner til månen i 2024 og til Mars inden 2035 som en del af deres nye rumpolitiske direktiv, der kræver menneskelig udvidelse af solsystemet. Deres forskning sigter mod at bedre udstyre astronauter og rumfartøjer til fremtidige missioner.

Historien om NASA og diabetes

Desværre er det stadig umuligt for mennesker med insulinafhængig diabetes at blive astronauter, selvom de helt sikkert kan arbejde i andre NASA-roller, som flyveledere.

Men i løbet af de sidste årtier har vi set spændende anvendelser af NASA-teknologi anvendt til diabetesverdenen - fra rummikrogravitation, der påvirker insulindannelse, til kontinuerlige glukosemonitorer, der bruges til at overvåge astronauters sundhed og biometri, til indkapsling af øer og implanterbare insulinpumper er tilpasset fra rumfartøjsdesign.

Interessant historisk godbid: Det var faktisk for 33 år siden i den forløbne uge (den 10. november 1986), at en af ​​de NASA-støttede diabetesteknologier - en implanterbar insulinpumpe udviklet af MiniMed - fandt vej ind i den første menneskelige patient.

I begyndelsen af ​​2000'erne var NASA offentligt involveret i forskning, der spænder over hormonresistens knyttet til diabetes hele vejen til målrettede proteiner til diabeteslægemiddeldesign.

I 2006 udråbte en pressemeddelelse: "NASA og universiteter deltager for at bekæmpe diabetes." Arbejdet ved George Washington University og Cornell University fokuserede på at analysere elektronmikrofotografier (billeder fra et elektronmikroskop) af betaceller fra rotter og cellernes respons på glukose.

Og i 2012 blev arbejdet meget science-fiction med projekter som en mobiltelefon, der kunne opdage diabetes fra din ånde.

“Rumalder-insulinpumpe”

Vidste du, at tidlig implanterbar insulinpumpeteknologi kom fra F & U-arbejde på NASA og militære rumsystemer? Yup, det såkaldte Programmable Implantable Medication System var et lille, mikro-miniaturiseret væskekontrolsystem, der oprindeligt var blevet brugt i livssøgningsoplevelser omkring to af Mars Viking-rumfartøjsmissioner i 70'erne. Medierne var begejstrede for dette, kørende funktioner som denne "Space-Age insulinpumpe kunne blive en lift til diabetikere" stykke offentliggjort i Chicago Tribune den 20. november 1986.

Da de udforskede, hvordan man rejser længere ud i rummet og overvinder udfordringerne ved at overvåge astronauters helbred, vendte NASA-forskere sig til denne type teknologi for at overvåge vitale tegn - og til sidst spredte den sig over i den civile tekniske udvikling af denne implanterbare insulinpumpe. Senere, som et resultat af Goddard Space Flight Center's arbejde på dette område, var medicinske eksperter i stand til at skabe implanterbare enheder, der kan overvåge glukoseniveauer og sende signaler for at levere insulin, når en astronaut muligvis har brug for det.

For at præcisere er en implanterbar insulinpumpe ikke den samme som nutidens traditionelle insulinpumper, der sidder fast i huden via en lille nål, der er en del af et infusionssæt. Snarere er dette lidt batteridrevne enheder, der ligner en lille metalhockeyspuck, implanteret i en kirurgisk procedure i en lomme med væv under huden, hvor den leverer basalinsulin via kateteret. Generelt har det en tre måneders forsyning med koncentreret insulin og kan genopfyldes uden at fjerne det fra kroppen af ​​en læge. Batterierne kan vare et antal år, før der er behov for en ny implanterbar pumpe. Patienten bærer en trådløs controller, der ligner en traditionel Medtronic-pumpeenhed med rør, der bruges til at programmere bolusdoser til mad og korrektioner.

Lyder ret sejt, nej?

Naturligvis fortæller historien nu en historie om, hvordan den implanterbare insulinpumpe ikke var alt, hvad NASA og tidligere tiders diabeteseksperter forventede at være.

Den første MiniMed-implanterbare insulinpumpe blev udviklet i 1986, men det var først næsten et årti senere, at enheden fik myndighedsgodkendelse i Europa. Da MiniMed forbedrede sin teknologi både her i USA og globalt, begyndte flere patienter at bruge enhederne. MiniMed frigav til sidst nye modeller i 2000, der havde forbedret hukommelse og længere batterilevetid.

Alt ændrede sig, da Medtronic købte MiniMed i 2001, og der blev kun foretaget minimale forbedringer i de følgende år. I 2007 meddelte Medtronic, at det helt ville afbryde sin kliniske F&U til det implanterbare insulinpumpekoncept. Det tvang brugerne til enten at finde andre behandlingsmuligheder eller at rejse et sted, hvor de kunne få enheden genopfyldt eller udskiftet efter behov. Forsyningerne er blevet stadig mere begrænsede, efterhånden som årene er gået, da Medtronic kun leverer et lille antal af disse implanterbare enheder internationalt i stedet for at koncentrere sig om dens eksterne insulinpumper og lukket kredsløbsteknologi.

Vi får nu at vide, at Medtronic er i forhandlinger om at overføre denne IP til San Diego-opstarts PhysioLogic Devices. Virksomhedens administrerende direktør Greg Peterson - en implanterbar insulinpumper selv siden begyndelsen af ​​90'erne! - overtog i begyndelsen af ​​2019 og siger, at de er på et "flerårigt spor for at udvikle vores avancerede implanterbare insulinpumpe, der i anden generation vil forbinde via vores tilpassede algoritme til en kontinuerlig glukosemonitor." Med nylig finansiering fra JDRF og et møde med Den Europæiske Forskningskomité om fortsættelse af denne F&U er Peterson optimistisk.

Det er naturligvis ikke den eneste pladsafledte teknologi, der stadig ses i dag i diabetesuniverset ...

Innovationer fra celleindkapsling fra tyngdekraften nul

Et fascinerende NASA-genereret projekt involverer indkapsling af ø-celler, hvilket førte til, at en tidligere astronaut og diabetesforsker grundlagde sit eget firma baseret på tre årtier af arbejde i dette område. Dr. Taylor Wang ved Vanderbilt University i Nashville, TN, begyndte sit arbejde på et bio-kunstigt bugspytkirtelplaster kendt som Encapsulife baseret på hans observationer fra april 1985 i rummet.

Ja, han forskede bogstaveligt talt i nul tyngdekraft ombord på den ulykkelige Space Shuttle Challenger. Wang var på vej op ved California Institute of Technology's Jet Propulsion Laboratory, da han blev valgt af NASA til at tjene som en nyttelastespecialist og en af ​​syv astronauter på en uges lang STS-51-B-mission med fokus på mikrogravitation. Denne mission gjorde ham til den første etniske kinesiske person, der gik ud i rummet.

Hvad Wang så i rummet i området "vækst og ydeevne af polymerkapsler" var ifølge forskningsovervågere som JDRF unikt og formende. Han undersøgte, hvordan roterende kuglelignende former opførte sig i nul tyngdekraft og fandt ud af, at dråber vand vandrede til midten af ​​kuglerne i stedet for at bevæge sig mod kanterne. Baseret på denne observation skabte han i 1990'erne et immuno-isolationsindkapslingssystem, der beskytter levende celler og lader dem opretholde deres cellefunktion uden behov for nogen immunundertrykkende lægemidler, der har så mange negative bivirkninger.

Plasteret Encapsulife-plasteret blev forestillet som en højteknologisk “pandekage” bestående af flerlagspolymerkapsler, der ville danne sig i forskellige former for at passe til transplantationsværten. Omkring størrelsen af ​​en sølvdollar ville den blive implanteret under huden og indeholde titusinder af indkapslede levende holmeceller (stammer fra svin eller humane voksne stamceller). Det vil beskytte øerne mod ethvert autoimmunt angreb, byde fordøjelsesglukosen velkommen fra leveren og stimulere øerne til at producere insulin og udskille det automatisk i diabetespersonens system - ligesom en normal fungerende bugspytkirtel.

Encapsulife-folkene siger, at en "rumkapsel" virkelig er den bedste analogi til, hvordan denne patch fungerer: et levende væsen inde i kapslen, der flyder i et fjendtligt eller fremmed miljø.

Wang udførte den første runde af vellykkede undersøgelser med gnavere tilbage i 90'erne, og et årti senere i 2007 fandt han ud af, at diabeteshunde kunne tages af insulin med normale faste blodsukker i op til syv måneder. Senest i 2013 arbejdede Wang med Dr. James Markmann på Massachusetts General Hospital for at bruge den levende celleplaster til at modvirke diabetes hos små aber uden immunundertrykkende midler.

"Uden NASA's Shuttle, Spacelab 3 og tidlig opfølgning af mikro-tyngdekraftsforskningsstøtte ville ingen af ​​vores biomedicinske fremskridt med løfte om at give enorme medicinske fordele for menneskeheden være sket," fortalte Dr. Wang os tidligere .

Vi har ikke set meget nyt fra Encapsulife, siden det fik et amerikansk patent i 2014, men vi får at vide, at udviklingsarbejdet fortsætter, og tidligere i år overtog en pensioneret bankmand - Larry Lux - som præsident for opstarten. Vi ser frem til at se, hvad der kommer næste gang.

Dyrker insulin i det ydre rum?

Et andet fascinerende NASA-båret projekt var at dyrke insulinkrystaller i rummet.

Tilbage i slutningen af ​​90'erne var der historier om, at insulinkrystaller blev undersøgt i en rumfærge og dyrket på måder, der ikke blev set på planeten Jorden før. Resultater fra 1994-vækstforsøg med insulinkrystal i rummet lovede en "ny forståelse af diabetes", hvilket muligvis banede en måde at reducere insulininjektioner ved at bruge det, der blev udviklet i det ydre rum.

”De rumvoksne insulinkrystaller har givet os nye, aldrig før set informationer,” sagde en forsker i New York på det tidspunkt. "Som et resultat har vi nu et meget mere detaljeret billede af insulin."

De nye oplysninger, der blev hentet, skulle bruges til udviklingen af ​​en ”ny terapeutisk insulinbehandling til bekæmpelse af diabetes” på et forskningscenter i Birmingham, AL, der havde indgået et samarbejde med Centre for Macromolecular Crystallography, et NASA Commercial Space Center. Det var et af NASAs 10 kommercielle rumcentre, der forvaltes af Space Product Development Office inden for Microgravity Research Program Office ved NASAs Marshall Space Flight Center.

Ak, på trods af disse lovende overskrifter, blev en ny type insulin, der stammer fra de rumvoksne krystaller, aldrig materialiseret. Alligevel insisterer NASA på, at denne forskning gav en bedre forståelse af, hvordan insulin fungerer og dets indvirkning på sundheden, der til dels kan hjælpe dem med at forberede sig på udvidede menneskelige missioner i rummet.

Som NASA udtrykker det: "Unikke forskningsmuligheder i rummiljøet stilles til rådighed for at tilskynde private industrier til at udnytte fordelene ved rumbaseret forskning til at udvikle nye produkter eller tjenester."

Det hele er meget Star Trek (eller Buzz Lightyear hvis du vil), men også meget jordet. Tag for eksempel denne aktuelle NASA Twin-undersøgelse fra 2019, der har afsløret nye fund om diabetes og nyresygdom.

Hvem ville have troet? En stor tak til NASA fra Earthlings with Diabetes for deres løbende bidrag.

Mod det uendelige univers!