Teknologi Angkasa dan Diabetes NASA

Apa kesamaan teknologi ruang angkasa dan diabetes NASA? Cukup banyak, sebenarnya.

Hubungan antara teknologi NASA dan diabetes adalah topik utama dalam pertemuan tahunan Diabetes Technology Society yang diadakan pada 14-16 November di Bethesda, MD. Pada perhimpunan # 2019DTM itu, seorang doktor NASA mengabadikan beberapa pertindihan teknologi yang paling terkenal selama bertahun-tahun, dan membincangkan projek semasa.

"Anda mungkin tertanya-tanya apa yang dilakukan NASA di sini, dan bagaimana ruang dan diabetes sesuai," kata Dr. Victor Schneider, pegawai perubatan penyelidikan untuk Program Penyelidikan dan Penanggulangan Bioperubatan NASA di Washington DC. "NASA adalah organisasi teknologi, dan kami telah minat terhadap diabetes dan teknologi sejak sekian lama, kerana ada aplikasi khusus yang berlaku untuk diabetes dan kesihatan diri, dan itu penting ketika kita mempersiapkan diri untuk misi ini. "

NASA secara aktif meneroka teknologi yang berkaitan dengan kesihatan kerana membayangkan misi pimpinan manusia ke bulan pada tahun 2024 dan ke Marikh pada tahun 2035, sebagai sebahagian daripada arahan dasar ruang angkasa baru mereka yang meminta pengembangan manusia dari sistem suria. Penyelidikan mereka bertujuan untuk melengkapkan angkasawan dan kapal angkasa dengan lebih baik untuk misi masa depan.

Sejarah NASA dan diabetes

Malangnya masih mustahil bagi penghidap diabetes yang bergantung kepada insulin untuk menjadi angkasawan, walaupun mereka pasti dapat bekerja dalam peranan NASA yang lain, seperti sebagai pengendali penerbangan.

Tetapi selama beberapa dekad yang lalu, kami telah melihat aplikasi teknologi NASA yang menarik untuk dunia diabetes - dari mikrograviti ruang yang mempengaruhi penciptaan insulin, hingga monitor glukosa berterusan yang digunakan untuk memantau kesihatan dan biometrik angkasawan, hingga enkapsulasi pulau kecil dan pam insulin yang dapat ditanam yang telah disesuaikan dari reka bentuk kapal angkasa.

Berita bersejarah yang menarik: Sebenarnya pada 33 tahun yang lalu pada minggu yang lalu (pada 10 November 1986), salah satu teknologi diabetes yang disokong oleh NASA - pam insulin yang dapat ditanam yang dikembangkan oleh MiniMed - berjaya memasuki pesakit manusia pertama.

Pada awal tahun 2000-an, NASA secara terbuka terlibat dalam penelitian yang merangkumi ketahanan hormon yang berkaitan dengan diabetes hingga ke protein yang disasarkan untuk reka bentuk ubat diabetes.

Pada tahun 2006, sebuah pengumuman media menyebut: "NASA dan Universiti Bergabung untuk Memerangi Diabetes." Karya di George Washington University dan Cornell University memfokuskan pada menganalisis fotomikrograf elektron (gambar dari mikroskop elektron) sel beta dari tikus dan tindak balas sel terhadap glukosa.

Dan pada tahun 2012, karya ini mendapat fiksyen ilmiah, dengan projek seperti telefon bimbit yang dapat mengesan diabetes dari nafas anda.

"Pam Insulin Zaman Angkasa"

Adakah anda tahu bahawa teknologi pam insulin yang dapat ditanam awal berasal dari kerja R&D pada sistem angkasa tentera NASA dan tentera? Yup, yang disebut Sistem Pengambilan Implan Terprogram adalah sistem kawalan cecair mikro-miniatur yang awalnya telah digunakan dalam pengalaman pencarian kehidupan di sekitar dua misi kapal angkasa Mars Viking pada tahun 70-an. Media gembira dengan ini, ciri-ciri berjalan seperti ini "pam insulin Space-Age boleh menjadi pengangkat bagi pesakit diabetes" yang diterbitkan di Tribune Chicago pada 20 November 1986.

Semasa mereka meneroka cara melakukan perjalanan lebih jauh ke angkasa dan mengatasi cabaran memantau kesihatan angkasawan, para penyelidik NASA beralih ke jenis teknologi ini untuk memantau tanda-tanda penting - dan yang akhirnya meluas ke pengembangan teknologi awam pam insulin yang dapat ditanam ini. Kemudian, sebagai hasil kerja Pusat Penerbangan Angkasa Goddard di daerah ini, pakar perubatan dapat membuat alat yang dapat ditanam yang dapat memantau tahap glukosa dan mengirim isyarat untuk menyampaikan insulin ketika seorang angkasawan mungkin memerlukannya.

Untuk menjelaskan, pam insulin yang dapat ditanam tidak sama dengan pam insulin tradisional yang ada pada kulit melalui jarum kecil yang merupakan bahagian dari set infus. Sebaliknya, ini adalah unit bertenaga bateri yang sedikit seperti kepingan hoki logam kecil, yang ditanamkan dalam prosedur pembedahan ke dalam poket tisu di bawah kulit, di mana ia memberikan insulin basal melalui kateter. Secara amnya, ia membawa bekalan insulin pekat selama tiga bulan, dan dapat diisi semula tanpa mengeluarkannya dari badan oleh doktor. Bateri boleh bertahan beberapa tahun sebelum pam implan baru diperlukan. Pesakit membawa alat kawalan tanpa wayar yang menyerupai unit pam tabung Medtronic tradisional, yang digunakan untuk memprogramkan dos bolus untuk makanan dan pembetulan.

Kedengarannya cukup keren, bukan?

Sudah tentu, sejarah sekarang menceritakan bagaimana pam insulin yang ditanam tidak semua yang diramalkan oleh NASA dan pakar diabetes pada tahun lalu.

Pam insulin implan MiniMed pertama dikembangkan pada tahun 1986, tetapi tidak sampai sedekad kemudian peranti itu mendapat kelulusan peraturan di Eropah. Ketika MiniMed meningkatkan teknologinya di Amerika Syarikat dan di seluruh dunia, semakin banyak pesakit mula menggunakan peranti tersebut. MiniMed akhirnya melancarkan model baru pada tahun 2000 yang telah meningkatkan memori dan jangka hayat bateri yang lebih lama.

Semuanya berubah ketika Medtronic membeli MiniMed pada tahun 2001, dan hanya sedikit peningkatan yang dilakukan pada tahun-tahun berikutnya. Pada tahun 2007, Medtronic mengumumkan bahawa ia akan menghentikan R&D klinikalnya untuk konsep pam insulin yang dapat ditanamkan sama sekali. Itu memaksa pengguna untuk mencari pilihan rawatan lain, atau pergi ke suatu tempat di mana mereka boleh mendapatkan alat tersebut diisi semula, atau diganti jika diperlukan. Bekalan menjadi semakin terhad seiring berjalannya tahun, kerana Medtronic hanya membekalkan sebilangan kecil peranti ini yang boleh ditanam di peringkat antarabangsa, sebaliknya hanya menumpukan pada pam insulin luaran dan teknologi gelung tertutup.

Kami sekarang diberitahu Medtronic sedang dalam perbincangan untuk memindahkan IP itu ke San Diego startup PhysioLogic Devices. Ketua Pegawai Eksekutif syarikat itu, Greg Peterson - insulin yang dapat ditanam memanjakan dirinya sejak awal tahun 90an! - mengambil alih pada awal tahun 2019 dan mengatakan mereka berada di "landasan bertahun-tahun untuk mengembangkan pam insulin implan canggih kami yang, pada generasi kedua, akan menghubungkan melalui algoritma khusus kami ke monitor glukosa berterusan." Dengan pembiayaan baru-baru ini dari JDRF dan pertemuan dengan Jawatankuasa Penyelidikan Eropah untuk meneruskan R&D ini, Peterson optimis.

Itu bukan satu-satunya teknologi yang berasal dari angkasa yang masih dapat dilihat hari ini di alam semesta diabetes, tentu saja…

Inovasi enkapsulasi sel dari graviti sifar

Satu projek yang dihasilkan NASA yang menarik melibatkan enkapsulasi sel pulau kecil, yang menyebabkan bekas penyelidik angkasawan dan diabetes menemui syarikatnya sendiri berdasarkan kerja selama tiga dekad di kawasan itu. Dr. Taylor Wang di Vanderbilt University di Nashville, TN, memulakan karyanya pada patch pankreas bio-buatan yang dikenali sebagai Encapsulife berdasarkan pemerhatiannya pada bulan April 1985 di angkasa lepas.

Ya, dia benar-benar melakukan penyelidikan dengan graviti sifar di atas Space Shuttle Challenger yang tidak bernasib baik. Wang sedang menuju ke Makmal Jet Propulsion Institut Teknologi California ketika dia dipilih oleh NASA untuk berkhidmat sebagai pakar muatan dan salah satu daripada tujuh angkasawan dalam misi STS-51-B selama seminggu yang berfokus pada penyelidikan mikrograviti. Misi ini menjadikannya orang etnik Cina pertama yang masuk ke angkasa lepas.

Apa yang dilihat Wang di ruang angkasa dalam bidang "pertumbuhan dan prestasi kapsul polimer" adalah unik dan formatif, menurut pemerhati penyelidikan seperti JDRF. Dia mengkaji bagaimana bentuk sfera berputar berperilaku dalam graviti sifar dan mendapati bahawa titisan air akan berpindah ke pusat sfera daripada bergerak ke arah pinggir. Berdasarkan pemerhatian ini, pada tahun 1990-an dia membuat sistem enkapsulasi pengasingan imuno yang melindungi sel hidup dan membiarkannya mempertahankan fungsi sel mereka, tanpa memerlukan ubat penekan imun yang mempunyai begitu banyak kesan sampingan negatif.

Tampalan patch Encapsulife itu dibayangkan sebagai "pancake" berteknologi tinggi yang terbuat dari kapsul polimer multi-lapisan yang akan terbentuk dalam berbagai bentuk agar sesuai dengan host transplantasi. Mengenai ukuran dolar perak, itu akan ditanam di bawah kulit, memegang puluhan ribu sel pulau kecil yang dikemas (bersumber dari babi atau sel induk dewasa manusia). Ini akan melindungi pulau-pulau dari serangan auto-imun, menyambut glukosa pencernaan dari hati dan merangsang pulau-pulau untuk menghasilkan insulin dan mengeluarkannya secara automatik ke dalam sistem pesakit diabetes - seperti pankreas yang berfungsi normal.

Orang-orang Encapsulife mengatakan "kapsul ruang" sebenarnya adalah analogi terbaik untuk bagaimana patch ini berfungsi: makhluk hidup di dalam kapsul yang melayang di persekitaran yang bermusuhan atau asing.

Wang melakukan pusingan pertama kajian yang berjaya menggunakan tikus pada tahun 90-an, dan satu dekad kemudian pada tahun 2007, dia mendapati bahawa anjing diabetes dapat mengeluarkan insulin dengan gula darah puasa normal hingga tujuh bulan. Baru-baru ini pada tahun 2013, Wang bekerjasama dengan Dr. James Markmann di Massachusetts General Hospital untuk menggunakan tampalan sel hidup untuk mengatasi diabetes pada monyet kecil tanpa penekan imuno.

"Tanpa NASA's Shuttle, Spacelab 3, dan sokongan awal penyelidikan graviti mikro, tidak ada kemajuan bio-perubatan kami, dengan janji untuk memberikan manfaat perubatan yang sangat besar kepada manusia, yang akan terjadi," kata Dr. Wang kepada kami sebelumnya .

Kami belum melihat banyak perkara baru dari Encapsulife sejak memperoleh hak paten A.S. pada tahun 2014, tetapi kami diberitahu bahawa kerja pembangunan itu berterusan, dan pada awal tahun ini seorang pesara bank - Larry Lux - mengambil alih sebagai presiden syarikat permulaan. Kami berharap dapat melihat apa yang akan datang.

Menumbuhkan insulin di luar angkasa?

Projek lain yang ditanggung oleh NASA ialah menanam kristal insulin di angkasa.

Pada akhir tahun 90-an, terdapat kisah mengenai kristal insulin yang sedang dikaji di pesawat ulang-alik dan tumbuh dengan cara yang tidak pernah dilihat di planet Bumi sebelumnya. Hasil dari eksperimen pertumbuhan kristal insulin 1994 di ruang angkasa menjanjikan "pemahaman baru tentang diabetes," berpotensi membuka jalan untuk mengurangkan suntikan insulin dengan menggunakan apa yang dikembangkan di luar angkasa.

"Kristal insulin yang dikembangkan di angkasa telah memberikan kita maklumat baru yang belum pernah dilihat sebelumnya," kata seorang penyelidik New York pada masa itu. "Hasilnya, kita sekarang mempunyai gambaran insulin yang jauh lebih terperinci."

Maklumat baru yang dikumpulkan akan digunakan dalam pengembangan "terapi insulin terapi baru untuk pengendalian diabetes" di sebuah pusat penyelidikan di Birmingham, AL, yang telah bermitra dengan Pusat Crystallography Makromolekul, Pusat Angkasa Komersial NASA. Itu adalah salah satu daripada 10 Pusat Angkasa Komersial NASA yang dikendalikan oleh Pejabat Pembangunan Produk Angkasa dalam Pejabat Program Penyelidikan Mikrograviti di Pusat Penerbangan Angkasa Marshall NASA.

Sayangnya, walaupun terdapat berita utama yang menjanjikan, jenis insulin baru yang berasal dari kristal yang tumbuh di angkasa ini tidak pernah terwujud. Namun, NASA menegaskan bahawa penyelidikan ini memberikan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana insulin berfungsi dan kesannya terhadap kesihatan, yang dapat membantu mereka mempersiapkan misi manusia ke angkasa lepas.

Seperti yang dinyatakan NASA: "Peluang penyelidikan unik dari ruang angkasa disediakan untuk mendorong industri swasta memanfaatkan manfaat penyelidikan berasaskan ruang untuk mengembangkan produk atau perkhidmatan baru."

Ini semua Star Trek (atau Buzz Lightyear jika anda mahu), tetapi juga sangat kukuh. Sebagai contoh, kajian NASA Twin 2019 ini yang telah mendedahkan penemuan baru mengenai diabetes dan penyakit buah pinggang.

Siapa sangka? Ucapan terima kasih yang tidak terhingga kepada NASA dari Earthlings with Diabetes atas sumbangan berterusan mereka.

Ke Infinity, dan Di Luar!