Co mají společné vesmírné technologie NASA a cukrovka? Vlastně docela dost.
Spojení mezi NASA a diabetickou technologií bylo hlavním tématem nedávného výročního zasedání Diabetes Technology Society, které se konalo ve dnech 14. až 16. listopadu v Bethesdě. Na tomto setkání # 2019DTM lékař NASA zrekapituloval některé z nejpozoruhodnějších technologických přesahů v průběhu let a mluvil o současných projektech.
"Možná se divíte, co tady NASA dělá a jak vesmír a cukrovka do sebe zapadají," řekl Dr. Victor Schneider, lékařský výzkumný pracovník pro program Biomedical Research and Countermeasures ve Washingtonu DC "NASA je technologická organizace a my jsme měli zájem o cukrovku a technologii po dlouhou dobu, protože existují konkrétní aplikace, které se vztahují na cukrovku a osobní zdraví, a to je důležité, když se připravujeme na tyto mise. “
NASA aktivně zkoumá technologie související se zdravím, protože předpokládá mise vedené člověkem na Měsíc v roce 2024 a na Mars do roku 2035 v rámci jejich nové směrnice o vesmírné politice, která požaduje lidskou expanzi sluneční soustavy. Jejich výzkum si klade za cíl lépe vybavit astronauty a kosmické lodě pro budoucí mise.
Historie NASA a cukrovky
Bohužel je stále nemožné, aby se lidé s diabetem závislým na inzulínu stali astronauty, i když určitě mohou pracovat v jiných rolích NASA, například jako letoví kontroloři.
Ale v posledních několika desetiletích jsme viděli vzrušující aplikace technologie NASA aplikované na svět diabetu - od vesmírné mikrogravitace ovlivňující tvorbu inzulínu, přes kontinuální monitory glukózy používané k monitorování zdraví a biometrie astronautů, až po zapouzdření ostrůvků a implantovatelné inzulínové pumpy, které byly převzaty z designu kosmické lodi.
Zajímavá historická lahůdka: Ve skutečnosti to bylo před 33 lety minulý týden (10. listopadu 1986), kdy si jedna z diabetických technologií podporovaných NASA - implantovatelná inzulínová pumpa vyvinutá společností MiniMed - našla cestu k prvnímu lidskému pacientovi.
Na počátku 2000 se NASA veřejně zapojila do výzkumu zahrnujícího rezistenci vůči hormonům spojenou s cukrovkou až k cíleným proteinům pro návrh léků na cukrovku.
V roce 2006 se v tiskovém oznámení uvádělo: „NASA a univerzity se připojily k boji proti cukrovce.“ Práce na Univerzitě George Washingtona a Cornellově univerzitě se zaměřila na analýzu elektronových mikrofotografií (snímků z elektronového mikroskopu) beta buněk potkanů a reakci buněk na glukózu.
A v roce 2012 se dílo dostalo velmi sci-fi s projekty, jako je mobilní telefon, který dokáže detekovat cukrovku z vašeho dechu.
„Inzulínová pumpa vesmírného věku“
Věděli jste, že časná technologie implantovatelné inzulínové pumpy pocházela z výzkumu a vývoje NASA a vojenských vesmírných systémů? Yup, takzvaný programovatelný implantovatelný léčebný systém, byl malý, mikro-miniaturizovaný systém řízení tekutin, který byl původně používán při zkoumání života kolem dvou misí kosmických lodí Mars Viking v 70. letech. Média byla tímto nadšená, běžící funkce, jako je tato „Vesmírná inzulínová pumpa by se mohla stát výtahem pro diabetiky“, publikovaná v Chicago Tribune 20. listopadu 1986.
Zatímco zkoumali, jak cestovat dál do vesmíru a překonat výzvy spojené se sledováním zdraví astronautů, obrátili se vědci NASA na tento typ technologie pro monitorování životních funkcí - a ten se nakonec přelil do civilního technologického vývoje této implantovatelné inzulínové pumpy. Později, v důsledku práce Goddardova vesmírného letového centra v této oblasti, byli lékaři schopni vytvořit implantovatelná zařízení, která mohou monitorovat hladinu glukózy a vysílat signály k dodání inzulínu, když to astronaut potřebuje.
Abychom objasnili, implantovatelná inzulínová pumpa není to samé jako dnešní tradiční inzulínové pumpy, které se zasekávají do kůže pomocí malé jehly, která je součástí infuzní soupravy. Jedná se spíše o malé bateriové jednotky, které vypadají jako malý kovový hokejový puk, implantovaný chirurgickým zákrokem do kapsy tkáně pod kůží, kde dodává bazální inzulin katétrem. Obecně nese tříměsíční přísun koncentrovaného inzulínu a lze jej znovu naplnit, aniž by jej lékař odstranil z těla. Baterie mohou vydržet několik let, než bude potřeba nová implantabilní pumpa. Pacient má bezdrátový ovladač, který připomíná tradiční hadicovou pumpovou jednotku Medtronic, používanou k programování bolusových dávek pro jídlo a korekce.
Zní to celkem dobře, ne?
Historie samozřejmě nyní vypráví příběh o tom, že implantovatelná inzulínová pumpa nebyla vše, co předpovídala NASA a odborníci na cukrovku z dávných dob.
První implantovatelná inzulínová pumpa MiniMed byla vyvinuta v roce 1986, ale až o téměř deset let později získalo zařízení regulační schválení v Evropě. Vzhledem k tomu, že MiniMed zdokonalil svou technologii zde v USA i na celém světě, zařízení začalo používat více pacientů. MiniMed nakonec v roce 2000 vydal nové modely, které měly vylepšenou paměť a delší životnost baterie.
Vše se změnilo, když společnost Medtronic koupila MiniMed v roce 2001, a v následujících letech došlo pouze k minimálním vylepšením. V roce 2007 společnost Medtronic oznámila, že zcela zastaví klinický výzkum a vývoj konceptu implantovatelné inzulínové pumpy. To přinutilo uživatele buď najít jiné možnosti léčby, nebo cestovat někam, kde mohli zařízení znovu naplnit nebo podle potřeby vyměnit. Zásoby se s přibývajícími roky stále více omezují, protože společnost Medtronic dodává pouze malý počet těchto implantovatelných zařízení na mezinárodní úrovni a místo toho se soustředí na své externí inzulínové pumpy a technologii uzavřené smyčky.
Nyní nám bylo řečeno, že společnost Medtronic jedná o převodu této IP adresy do startupu PhysioLogic Devices v San Diegu. Generální ředitel této společnosti Greg Peterson - sám implantovatelný pumpič inzulínu od počátku 90. let! - převzali počátkem roku 2019 a tvrdí, že jsou na „víceleté cestě vývoje naší nejmodernější implantovatelné inzulínové pumpy, která se ve druhé generaci propojí prostřednictvím našeho přizpůsobeného algoritmu s kontinuálním monitorem glukózy.“ Díky nedávnému financování z JDRF a setkání s Evropským výborem pro výzkum o pokračování tohoto výzkumu a vývoje je Peterson optimistický.
To samozřejmě není jediná vesmírná technologie, která se dnes ve vesmíru diabetu vyskytuje ...
Inovace zapouzdření buněk z nulové gravitace
Jeden fascinující projekt vytvořený NASA zahrnuje zapouzdření buněk ostrůvků, které vedlo bývalého výzkumníka astronautů a diabetiků k založení vlastní společnosti založené na třech desetiletích práce v této oblasti. Dr. Taylor Wang z Vanderbilt University v Nashvillu v TN zahájil na základě pozorování ve vesmíru z dubna 1985 práci na bio-umělé náplasti pankreatu známé jako Encapsulife.
Ano, doslova dělal výzkum s nulovou gravitací na palubě nešťastného raketoplánu Challenger. Wang vedl Laboratoř tryskového pohonu Kalifornského technologického institutu, když si jej NASA vybrala jako specialistu na užitečné zatížení a jednoho ze sedmi astronautů na týdenní misi STS-51-B zaměřenou na výzkum mikrogravitace. Tato mise z něj udělala prvního etnického čínského člověka, který se vydal do vesmíru.
To, co Wang viděl ve vesmíru v oblasti „růstu a výkonu polymerních kapslí“, bylo podle pozorovatelů výzkumu, jako je JDRF, jedinečné a formativní. Studoval, jak se rotující tvary podobné kouli chovaly při nulové gravitaci, a zjistil, že kapičky vody budou migrovat do středu koulí, místo aby se pohybovaly k okrajům. Na základě tohoto pozorování vytvořil v 90. letech systém imunoizolační enkapsulace, který chrání živé buňky a umožňuje jim udržovat jejich buněčné funkce, aniž by bylo nutné používat léky potlačující imunitu, které mají tolik negativních vedlejších účinků.
Náplast Náplast Encapsulife byla představována jako high-tech „palačinka“ složená z vícevrstvých polymerních tobolek, které by se formovaly do různých tvarů, aby se vešly hostiteli transplantátu. Asi o velikosti stříbrného dolaru by byl implantován pod kůži a držel by desítky tisíc zapouzdřených živých buněk ostrůvků (pocházejících z prasat nebo lidských dospělých kmenových buněk). Chránilo by to ostrůvky před jakýmkoli autoimunitním útokem, uvítalo by trávicí glukózu z jater a stimulovalo by to ostrůvky k produkci inzulínu a automaticky by to vylučovalo do systému diabetické osoby - stejně jako normální fungující pankreas.
Lidé z Encapsulife říkají, že „vesmírná kapsle“ je ve skutečnosti nejlepší analogií toho, jak tato oprava funguje: živá bytost uvnitř kapsle, která se vznáší v nepřátelském nebo cizím prostředí.
Wang provedl první kolo úspěšných studií s použitím hlodavců již v 90. letech a o deset let později v roce 2007 zjistil, že diabetickým psům lze odebrat inzulín s normálními hladinami cukru v krvi nalačno po dobu až sedmi měsíců. Naposledy v roce 2013 Wang spolupracoval s Dr. Jamesem Markmannem ve Všeobecné nemocnici v Massachusetts na použití živé buněčné náplasti k potlačení cukrovky u malých opic bez použití imunosupresiv.
"Bez raketoplánu NASA, Spacelab 3 a podpory včasného následného výzkumu mikro-gravitace by se žádný z našich biomedicínských pokroků, s příslibem poskytnutí obrovských zdravotních výhod pro lidstvo, neuskutečnil," řekl nám dříve Dr. Wang .
Od získání patentu v USA v roce 2014 jsme od Encapsulife neviděli mnoho nového, ale bylo nám řečeno, že vývojové práce pokračují, a na začátku tohoto roku převzal funkci prezidenta startupu bankéř v důchodu - Larry Lux. Těšíme se, až uvidíme, co přijde dál.
Pěstování inzulínu ve vesmíru?
Dalším fascinujícím projektem NASA byl růst inzulínových krystalů ve vesmíru.
Na konci 90. let se objevovaly příběhy o inzulínových krystalech, které byly studovány na raketoplánu a pěstovány způsoby, které jsme na planetě Zemi dříve neviděli. Výsledky experimentu s růstem krystalů inzulínu z roku 1994 ve vesmíru slibovaly „nové chápání cukrovky“, což potenciálně připravuje způsob, jak snížit injekce inzulínu pomocí toho, co bylo vyvinuto ve vesmíru.
"Vesmírně pěstované inzulínové krystaly nám poskytly nové, dosud neviděné informace," řekl tehdy jeden newyorský výzkumník. "Výsledkem je, že nyní máme mnohem podrobnější obrázek o inzulínu."
Nové shromážděné informace měly být použity při vývoji „nové terapeutické léčby inzulínem pro kontrolu cukrovky“ ve výzkumném středisku v Birminghamu v AL, které uzavřelo partnerství s Centrem pro makromolekulární krystalografii, obchodním vesmírným střediskem NASA. Bylo to jedno z 10 komerčních vesmírných center NASA spravovaných Úřadem pro vývoj vesmírných produktů v rámci Úřadu pro výzkum mikrogravitace v Marshallově vesmírném letovém středisku NASA.
Bohužel, přes ty slibné titulky, se nikdy neuskutečnil nový typ inzulínu získaného z těchto vesmírně pěstovaných krystalů. Přesto NASA trvá na tom, že tento výzkum umožnil lepší pochopení fungování inzulínu a jeho dopadu na zdraví, což jim může částečně pomoci připravit se na rozšířené lidské mise do vesmíru.
Jak uvádí NASA: „Jsou poskytovány jedinečné výzkumné příležitosti vesmírného prostředí, které povzbuzují soukromý průmysl ve využívání výhod vesmírného výzkumu k vývoji nových produktů nebo služeb.“
Je to všechno velmi Star Trek (nebo Buzz Lightyear, pokud chcete), ale také velmi uzemněné. Vezměte si například tuto aktuální studii NASA z roku 2019 Twin, která odhalila nové poznatky o cukrovce a onemocnění ledvin.
Kdo by si myslel? Velké poděkování NASA od Pozemšťanů s Diabetes za jejich průběžné příspěvky.
Do nekonečna a ještě dál!
