NASA Space Technology and Diabetes

Hva har NASAs romteknologi og diabetes til felles? Ganske mye, faktisk.

Forbindelsen mellom NASA og diabetesteknologi var et utpekt emne på det nylige årlige møtet i Diabetes Technology Society som ble holdt 14.-16. November i Bethesda, MD. På den # 2019DTM-samlingen oppsummerte en NASA-lege noen av de mer bemerkelsesverdige teknologiske overlappene gjennom årene, og snakket om aktuelle prosjekter.

"Du lurer kanskje på hva NASA gjør her, og hvordan plass og diabetes passer sammen," sa Dr. Victor Schneider, forskningsmedisin for NASAs Biomedical Research and Countermeasures Program i Washington DC. "NASA er en teknologiorganisasjon, og vi har hatt en interesse for diabetes og teknologi i lang tid, fordi det har vært spesifikke applikasjoner som har brukt diabetes og personlig helse, og det er viktig når vi forbereder oss på disse oppdragene. ”

NASA utforsker aktivt helserelaterte teknologier ettersom de ser for seg menneskeledte oppdrag til månen i 2024 og til Mars innen 2035, som en del av deres nye romfartspolitiske direktiv som krever menneskelig utvidelse av solsystemet. Forskningen deres har som mål å bedre utstyre astronauter og romfartøyer for fremtidige oppdrag.

Historien om NASA og diabetes

Dessverre er det fortsatt umulig for mennesker med insulinavhengig diabetes å bli astronauter, selv om de absolutt kan jobbe i andre NASA-roller, som flygeledere.

Men i løpet av de siste tiårene har vi sett spennende anvendelser av NASA tech brukt på diabetesverdenen - fra mikrogravitasjon som påvirker insulinoppretting, til kontinuerlige glukosemonitorer som brukes til å overvåke astronautenes helse og biometri, til innkapsling av øyer og implanterbare insulinpumper. har blitt tilpasset romfartøydesign.

Interessant historisk godbit: Det var faktisk for 33 år siden den siste uken (10. november 1986) at en av de NASA-støttede diabetesteknologiene - en implanterbar insulinpumpe utviklet av MiniMed - fant veien til den første menneskelige pasienten.

På begynnelsen av 2000-tallet var NASA offentlig involvert i forskning som spenner over hormonresistens knyttet til diabetes hele veien til målrettede proteiner for design av medisiner mot diabetes.

I 2006 spionerte en pressemelding: "NASA and Universities Join to Fight Diabetes." Arbeidet ved George Washington University og Cornell University fokuserte på å analysere elektronmikrofotografier (bilder fra et elektronmikroskop) av betaceller fra rotter og cellenes respons på glukose.

Og i 2012 ble arbeidet veldig science-fiction, med prosjekter som en mobiltelefon som kunne oppdage diabetes fra pusten din.

“Space-Age Insulin Pump”

Visste du at tidlig implanterbar insulinpumpeteknologi kom fra FoU-arbeid på NASA og militære romsystemer? Yup, det såkalte Programmable Implantable Medication System var et lite, mikro-miniatyrisert væskekontrollsystem som opprinnelig hadde blitt brukt i livsopplevelser rundt to av Mars Viking-romfartøyoppdragene på 70-tallet. Media var begeistret for dette, kjørende funksjoner som denne "Space-Age insulinpumpen kan bli en heis for diabetikere", publisert i Chicago Tribune 20. november 1986.

Mens de utforsket hvordan de skal reise lenger ut i rommet og overvinne utfordringene med å overvåke astronautenes helse, vendte NASA-forskere seg til denne typen teknologi for å overvåke vitale tegn - og som til slutt rant over i den sivile teknologiske utviklingen av denne implanterbare insulinpumpen. Senere, som et resultat av arbeidet med Goddard Space Flight Center på dette området, kunne medisinske eksperter lage implanterbare enheter som kan overvåke glukosenivåer og sende signaler for å levere insulin når en astronaut trenger det.

For å klargjøre er en implanterbar insulinpumpe ikke den samme som dagens tradisjonelle insulinpumper som sitter fast i huden via en liten nål som er en del av et infusjonssett. Snarere er dette litt batteridrevne enheter som ser ut som en liten metallhockeypuck, implantert i en kirurgisk prosedyre i en vevslomme under huden, hvor den leverer basalinsulin via kateteret. Generelt har den en tremånedersforsyning med konsentrert insulin, og kan fylles på uten å bli tatt ut av kroppen av en lege. Batteriene kan vare i flere år før en ny implanterbar pumpe er nødvendig. Pasienten har en trådløs kontroller som ligner på en tradisjonell Medtronic pumpeenhet, som brukes til å programmere bolusdoser for mat og korrigeringer.

Høres ganske kult ut, nei?

Naturligvis forteller historien nå en historie om hvordan den implanterbare insulinpumpen ikke var forventet å være av NASA og diabeteseksperter fra før.

Den første MiniMed implanterbare insulinpumpen ble utviklet i 1986, men det var først nesten et tiår senere at enheten fikk myndighetsgodkjenning i Europa. Da MiniMed forbedret teknologien både her i USA og globalt, begynte flere pasienter å bruke enhetene. MiniMed ga til slutt ut nye modeller i 2000 som hadde forbedret minne og lengre batterilevetid.

Alt endret seg da Medtronic kjøpte MiniMed i 2001, og det ble bare gjort minimale forbedringer i årene etter. I 2007 kunngjorde Medtronic at de helt ville avvikle sin kliniske FoU for det implanterbare insulinpumpekonseptet. Det tvang brukerne til enten å finne andre behandlingsalternativer, eller å reise et sted de kunne få enheten fylt på nytt eller byttet ut etter behov. Forsyninger har blitt stadig mer begrenset etter hvert som årene har gått, ettersom Medtronic bare leverer et lite antall av disse implanterbare enhetene internasjonalt, i stedet konsentrerer seg om eksterne insulinpumper og lukket sløyfeteknologi.

Vi blir nå fortalt at Medtronic er i samtaler om å overføre IP-en til San Diego-oppstart PhysioLogic Devices. Selskapets administrerende direktør Greg Peterson - en implanterbar insulinpumper selv siden tidlig på 90-tallet! - overtok tidlig i 2019 og sier at de er på et "flerårig spor for å utvikle vår toppmoderne implanterbare insulinpumpe som i andre generasjon vil koble via vår tilpassede algoritme til en kontinuerlig glukosemonitor." Med nylig finansiering fra JDRF og et møte med den europeiske forskningskomiteen om videreføring av denne FoU, er Peterson optimistisk.

Det er ikke den eneste plassavledede teknologien fremdeles sett i dag i diabetesuniverset, selvfølgelig ...

Innovasjoner fra celleinnkapsling fra tyngdekraften

Et fascinerende NASA-generert prosjekt innebærer innkapsling av holmeceller, som førte til at en tidligere astronaut og diabetesforsker grunnla sitt eget selskap basert på tre tiår med arbeid i dette området. Dr. Taylor Wang ved Vanderbilt University i Nashville, TN, begynte sitt arbeid med en bio-kunstig bukspyttkjertelapp kjent som Encapsulife basert på observasjonene i verdensrommet i april 1985.

Ja, han forsket bokstavelig talt i tyngdekraft ombord på den ulykkelige Space Shuttle Challenger. Wang var på vei oppover California Institute of Technology's Jet Propulsion Laboratory da han ble valgt av NASA til å tjene som nyttelastespesialist og en av syv astronauter på et ukes STS-51-B-oppdrag med fokus på mikrogravitasjonsforskning. Dette oppdraget gjorde ham til den første etniske kineseren som gikk ut i verdensrommet.

Det Wang så i verdensrommet i området "vekst og ytelse av polymerkapsler" var unikt og formende, ifølge forskere som JDRF. Han studerte hvordan roterende sfærelignende former oppførte seg i null tyngdekraft og fant at vanndråper ville vandre til midten av kulene i stedet for å bevege seg mot kantene. Basert på denne observasjonen opprettet han på 1990-tallet et immun-isolasjonsinnkapslingssystem som beskytter levende celler og lar dem opprettholde cellefunksjonen, uten behov for noen immunundertrykkende medisiner som har så mange negative bivirkninger.

Plasteret Encapsulife-plasteret ble tenkt som en høyteknologisk "pannekake" bestående av flerlagspolymerkapsler som ville dannes i forskjellige former for å passe til transplantasjonsverten. Omtrent på størrelse med en sølvdollar, ville den bli implantert under huden og inneholde titusenvis av innkapslede levende øyceller (hentet fra griser eller menneskelige voksne stamceller). Det vil beskytte øyene mot ethvert autoimmunanfall, ønske glukose fra fordøyelsen velkommen fra leveren og stimulere holmene til å produsere insulin og utskille det automatisk i diabetespersonens system - akkurat som en normal fungerende bukspyttkjertel.

Encapsulife-folkene sier at en "romkapsel" virkelig er den beste analogien for hvordan denne lappen fungerer: et levende vesen inne i kapselen som flyter i et fiendtlig eller fremmed miljø.

Wang utførte den første runden med vellykkede studier med gnagere tilbake på 90-tallet, og et tiår senere i 2007 fant han ut at diabeteshunder kunne bli tatt av insulin med normale faste blodsukker i opptil syv måneder. Senest i 2013 jobbet Wang med Dr. James Markmann ved Massachusetts General Hospital for å bruke levende celleplaster for å motvirke diabetes hos små aper uten immunundertrykkende midler.

"Uten NASAs Shuttle, Spacelab 3 og tidlig oppfølging av mikro-tyngdekraftsforskning, ville ingen av våre biomedisinske fremskritt, med løfte om å gi enorme medisinske fordeler for menneskeheten, ha skjedd," fortalte Dr. Wang oss tidligere .

Vi har ikke sett mye nytt fra Encapsulife siden det fikk et amerikansk patent i 2014, men vi får vite at utviklingsarbeidet fortsetter, og tidligere i år overtok en pensjonert bankmann - Larry Lux - som president for oppstarten. Vi gleder oss til å se hva som kommer videre.

Dyrker insulin i verdensrommet?

Et annet fascinerende NASA-båret prosjekt var dyrking av insulinkrystaller i verdensrommet.

Tilbake på slutten av 90-tallet var det historier om at insulinkrystaller ble studert i en romferge og vokst på måter som ikke ble sett på planeten Jorden før. Resultater fra et 1994-vekstforsøk med insulinkrystall i rommet lovet en "ny forståelse av diabetes", noe som potensielt banet vei for å redusere insulininjeksjoner ved å bruke det som ble utviklet i verdensrommet.

"De romvoksne insulinkrystallene har gitt oss ny, aldri før sett informasjon," sa en forsker i New York den gang. "Som et resultat har vi nå et mye mer detaljert bilde av insulin."

Den nye informasjonen som ble hentet, skulle brukes i utviklingen av en ”ny terapeutisk insulinbehandling for bekjempelse av diabetes” ved et forskningssenter i Birmingham, AL, som hadde inngått et samarbeid med Centre for Macromolecular Crystallography, et NASA Commercial Space Center. Det var et av NASAs 10 kommersielle romsentre som ble administrert av Space Product Development Office innen Microgravity Research Program Office ved NASAs Marshall Space Flight Center.

Akk, til tross for de lovende overskriftene, ble det aldri noe av en ny type insulin som stammer fra de romvoksne krystallene. Likevel insisterer NASA på at denne undersøkelsen ga en bedre forståelse av hvordan insulin fungerer og dets innvirkning på helsen, som delvis kan hjelpe dem med å forberede seg på utvidede menneskelige oppdrag i verdensrommet.

Som NASA uttrykker det: "Unike forskningsmuligheter i verdensmiljøet blir gjort tilgjengelig for å oppmuntre private næringer til å utnytte fordelene med rombasert forskning for å utvikle nye produkter eller tjenester."

Det hele er veldig Star Trek (eller Buzz Lightyear hvis du vil), men også veldig jordet. Ta for eksempel denne nåværende NASA Twin-studien fra 2019 som har avslørt nye funn om diabetes og nyresykdom.

Hvem skulle ha trodd? En stor takk til NASA fra Earthlings with Diabetes for deres løpende bidrag.

Til evigheten og forbi!