Čo majú spoločné vesmírne technológie NASA a cukrovka? Vlastne dosť veľa.
Spojenie medzi NASA a cukrovou technológiou bolo témou nedávneho výročného stretnutia Diabetes Technology Society, ktoré sa konalo 14. - 16. novembra v Bethesde, MD. Na tomto zhromaždení # 2019DTM lekár NASA zrekapituloval niektoré z pozoruhodnejších technologických presahov v priebehu rokov a hovoril o aktuálnych projektoch.
„Možno by vás zaujímalo, čo tu NASA robí a ako do seba zapadá vesmír a cukrovka,“ uviedol doktor Victor Schneider, lekár pre výskum v rámci programu Biomedical Research and Countermeasures programu vo Washingtone DC „NASA je technologická organizácia a záujem o cukrovku a technológie už dlho, pretože existujú určité aplikácie, ktoré sa vzťahujú na cukrovku a osobné zdravie, a to je dôležité, keď sa pripravujeme na tieto misie. “
NASA aktívne skúma technológie súvisiace so zdravím, pretože predpokladá misie vedené ľuďmi na Mesiac v roku 2024 a na Mars do roku 2035 ako súčasť ich novej smernice o vesmírnej politike, ktorá požaduje ľudskú expanziu slnečnej sústavy. Ich výskum sa zameriava na lepšie vybavenie astronautov a kozmických lodí pre budúce misie.
História NASA a cukrovka
Bohužiaľ je stále nemožné, aby sa ľudia s cukrovkou závislou od inzulínu stali astronautmi, hoci môžu určite pracovať v iných úlohách NASA, napríklad ako riadiaci letov.
Ale za posledných niekoľko desaťročí sme videli vzrušujúce aplikácie technológie NASA aplikované na svet cukrovky - od vesmírnej mikrogravitácie ovplyvňujúcej tvorbu inzulínu, cez kontinuálne monitory glukózy používané na sledovanie zdravia a biometrie astronautov, až po zapuzdrenie ostrovčekov a implantovateľné inzulínové pumpy, ktoré boli upravené z kozmického modelu.
Zaujímavá historická lahôdka: Pred uplynutím minulého týždňa (10. novembra 1986) sa vlastne jedna z technológií cukrovky podporovaných NASA - implantovateľná inzulínová pumpa vyvinutá spoločnosťou MiniMed - dostala k prvému ľudskému pacientovi.
Na začiatku roku 2000 sa NASA verejne zapojila do výskumu zahŕňajúceho rezistenciu voči hormónom spojenú s cukrovkou až k cieleným proteínom pre návrh liekov na cukrovku.
V roku 2006 sa v tlačovom oznámení uvádzalo: „NASA a univerzity sa spájajú v boji proti cukrovke.“ Práca na Univerzite Georgea Washingtona a Cornellova univerzita sa zamerala na analýzu elektrónových mikrofotografií (snímok z elektrónového mikroskopu) beta buniek potkanov a reakciu buniek na glukózu.
A v roku 2012 sa dielo dočkalo skutočne sci-fi s projektmi, ako je mobilný telefón, ktorý dokáže z vášho dychu zistiť cukrovku.
„Inzulínová pumpa vesmírneho veku“
Vedeli ste, že skorá technológia implantovateľných inzulínových púmp pochádzala z výskumno-vývojových prác na NASA a vojenských vesmírnych systémoch? Yup, takzvaný Programmable Implantable Medication System, bol malý, mikro-miniaturizovaný systém na kontrolu tekutín, ktorý sa pôvodne používal pri hľadaní života pri dvoch misiách kozmických lodí Mars Viking v 70. rokoch. Médiá boli týmto nadšené, fungujúce funkcie, ako napríklad toto „inzulínová pumpa Space-Age by sa mohla stať výťahom pre diabetikov“, publikované v Chicago Tribune 20. novembra 1986.
Pri výskume, ako cestovať ďalej do vesmíru a prekonať výzvy spojené so sledovaním zdravia astronautov, sa vedci z NASA obrátili na tento typ technológie na sledovanie životných funkcií - a tá sa nakoniec rozšírila do civilného technologického vývoja tejto implantovateľnej inzulínovej pumpy. Neskôr, ako výsledok práce Goddardovho vesmírneho letového strediska v tejto oblasti, boli lekárski experti schopní vytvoriť implantovateľné zariadenia, ktoré dokážu monitorovať hladinu glukózy a vysielať signály na dodanie inzulínu, keď to astronaut bude potrebovať.
Pre objasnenie, implantovateľná inzulínová pumpa nie je to isté ako dnešné tradičné inzulínové pumpy, ktoré sa vpichujú do pokožky malou ihlou, ktorá je súčasťou infúznej súpravy. Jedná sa skôr o malé jednotky napájané z batérie, ktoré vyzerajú ako malý kovový hokejový puk implantovaný chirurgickým zákrokom do vrecka tkaniva pod kožou, kde dodáva bazálny inzulín katétrom. Spravidla obsahuje trojmesačný prísun koncentrovaného inzulínu a je možné ho opätovne naplniť bez toho, aby ho lekár vybral z tela. Batérie môžu vydržať niekoľko rokov, kým bude potrebná nová implantovateľná pumpa. Pacient má so sebou bezdrôtový ovládač, ktorý sa podobá tradičnej hadičkovej pumpe Medtronic používanej na programovanie bolusových dávok pre jedlo a korekcie.
Znie to celkom dobre, nie?
História samozrejme teraz rozpráva príbeh o tom, že implantovateľná inzulínová pumpa nebola všetko, čo predpovedali NASA a odborníci na cukrovku z dávnych čias.
Prvá implantovateľná inzulínová pumpa MiniMed bola vyvinutá v roku 1986, ale až v priebehu takmer desiatich rokov získalo zariadenie regulačné schválenie v Európe. Pretože MiniMed zdokonalil svoju technológiu tu v USA aj na celom svete, prístroje začalo používať viac pacientov. Spoločnosť MiniMed nakoniec v roku 2000 uviedla nové modely, ktoré mali vylepšenú pamäť a dlhšiu výdrž batérie.
Všetko sa zmenilo, keď spoločnosť Medtronic kúpila MiniMed v roku 2001, a v nasledujúcich rokoch došlo iba k minimálnym vylepšeniam. V roku 2007 spoločnosť Medtronic oznámila, že úplne zastaví klinický výskum a vývoj koncepcie implantovateľnej inzulínovej pumpy. To prinútilo používateľov nájsť ďalšie možnosti liečby alebo cestovať niekam, kde si môžu nechať zariadenie doplniť alebo podľa potreby vymeniť. Dodávky sú s pribúdajúcimi rokmi čoraz obmedzenejšie, pretože spoločnosť Medtronic dodáva na medzinárodnej úrovni iba malý počet týchto implantovateľných zariadení, namiesto toho sa sústreďuje na svoje externé inzulínové pumpy a uzavretú slučku.
Teraz nám bolo povedané, že spoločnosť Medtronic rokuje o prevode tejto IP adresy do startupu PhysioLogic Devices v San Diegu. Generálny riaditeľ tejto spoločnosti Greg Peterson - sám od začiatku 90. rokov implantovateľná inzulínová pumpa! - prevzali začiatkom roku 2019 a tvrdia, že sú na „viacročnej ceste vývoja našej najmodernejšej implantovateľnej inzulínovej pumpy, ktorá sa v druhej generácii prepojí prostredníctvom nášho prispôsobeného algoritmu s nepretržitým monitorom glukózy.“ Vzhľadom na nedávne financovanie zo strany JDRF a stretnutie s Európskym výborom pre výskum o pokračovaní tohto výskumu a vývoja je Peterson optimistický.
To samozrejme nie je jediná technológia odvodená z vesmíru, ktorá sa dnes vo vesmíre cukrovky vyskytuje ...
Inovácie zapuzdrenia buniek z nulovej gravitácie
Jeden fascinujúci projekt generovaný NASA zahŕňa zapuzdrenie buniek ostrovčekov, ktoré viedlo bývalého astronauta a výskumníka cukrovky k založeniu vlastnej spoločnosti založenej na troch desaťročiach práce v tejto oblasti. Dr. Taylor Wang z Vanderbiltovej univerzity v Nashville, TN, začal na základe pozorovaní vo vesmíre z apríla 1985 pracovať na bio-umelej náplasti pankreasu známej ako Encapsulife.
Áno, doslova robil výskum s nulovou gravitáciou na palube nešťastného raketoplánu Challenger. Wang smeroval do laboratória tryskového pohonu Kalifornského technologického inštitútu, keď si ho NASA vybrala ako špecialistu na užitočné zaťaženie a jedného zo siedmich astronautov na týždennú misiu STS-51-B zameranú na výskum mikrogravitácie. Táto misia z neho urobila prvého etnického Číňana, ktorý sa dostal do vesmíru.
To, čo Wang videl vo vesmíre v oblasti „rastu a výkonu polymérnych kapsúl“, bolo podľa pozorovateľov výskumu, ako je JDRF, jedinečné a formatívne. Študoval, ako sa rotujúce guľovité tvary správajú pri nulovej gravitácii, a zistil, že kvapôčky vody budú migrovať skôr do stredu gúľ, než sa budú pohybovať k okrajom. Na základe tohto pozorovania v 90. rokoch vytvoril systém imunoizolačnej enkapsulácie, ktorý chráni živé bunky a umožňuje im udržiavať ich bunkovú funkciu bez potreby akýchkoľvek imunosupresívnych liekov, ktoré majú toľko negatívnych vedľajších účinkov.
Náplasť Náplasť Encapsulife bola predstavená ako high-tech „placka“ vyrobená z viacvrstvových polymérnych kapsúl, ktoré by sa tvarovali do rôznych tvarov, aby sa do nich zmestili transplantovaní hostitelia. Asi ako strieborný dolár by sa implantoval pod kožu a držal v sebe desaťtisíce zapuzdrených živých buniek ostrovčekov (pochádzajúcich z ošípaných alebo dospelých ľudských kmeňových buniek). Chráni ostrovčeky pred akýmkoľvek autoimunitným útokom, víta tráviacu glukózu z pečene a stimuluje ostrovčeky k produkcii inzulínu a automaticky ich vylučuje do systému diabetika - rovnako ako normálne fungujúci pankreas.
Ľudia z Encapsulife tvrdia, že „vesmírna kapsula“ je skutočne najlepšou obdobou fungovania tejto náplasti: živá bytosť vo vnútri kapsuly, ktorá pláva v nepriateľskom alebo cudzom prostredí.
Wang uskutočnil prvé kolo úspešných štúdií s použitím hlodavcov ešte v 90. rokoch a o desať rokov neskôr v roku 2007 zistil, že diabetickým psom je možné podávať inzulín s normálnymi hladinami cukru v krvi nalačno až sedem mesiacov. Naposledy v roku 2013 pracoval Wang s Dr. Jamesom Markmannom vo Všeobecnej nemocnici v Massachusetts na použití živej bunkovej náplasti na potlačenie cukrovky u malých opíc bez akýchkoľvek imunosupresív.
"Bez raketoplánu NASA, Spacelab 3 a podpory včasného následného mikro-gravitačného výskumu by sa žiaden z našich biomedicínskych pokrokov, s prísľubom, že ľudstvu prinesie obrovské zdravotné výhody, nestal skutočnosťou," povedal nám predtým Dr. Wang .
Od získania amerického patentu v roku 2014 sme od spoločnosti Encapsulife nevideli veľa nového, ale povedali sme si, že vývojové práce pokračujú a začiatkom tohto roku sa funkcie prezidenta startupu ujal bankár v dôchodku - Larry Lux. Tešíme sa na ďalšie kroky.
Pestovanie inzulínu vo vesmíre?
Ďalším fascinujúcim projektom uskutočneným NASA bolo pestovanie inzulínových kryštálov vo vesmíre.
Koncom 90. rokov sa objavili príbehy o kryštáloch inzulínu, ktoré sa študovali na raketopláne a pestovali sa spôsobmi, ktoré sme na planéte Zem predtým nevideli. Výsledky z experimentu s rastom inzulínových kryštálov z roku 1994 vo vesmíre sľubovali „nové chápanie cukrovky“, čo potenciálne pripravuje cestu na zníženie injekcií inzulínu pomocou vývoja vyvinutého vo vesmíre.
"Vesmírne pestované inzulínové kryštály nám poskytli nové, nikdy predtým nevidené informácie," uviedol vtedy jeden newyorský výskumník. "Výsledkom je, že teraz máme oveľa podrobnejší obraz o inzulíne."
Nové zhromaždené informácie sa mali použiť pri vývoji „novej terapeutickej liečby inzulínom na kontrolu cukrovky“ vo výskumnom centre v Birminghame v štáte AL, ktoré uzavrelo partnerstvo s Centrom pre makromolekulárnu kryštalografiu, komerčným vesmírnym strediskom NASA. Bolo to jedno z 10 komerčných vesmírnych centier NASA, ktoré riadila Kancelária pre vývoj vesmírnych produktov v kancelárii programu pre výskum mikrogravitácie v Marshallovom vesmírnom letovom centre NASA.
Bohužiaľ, napriek týmto sľubným nadpisom sa nový typ inzulínu získaného z týchto vesmírne vypestovaných kryštálov nikdy nezrealizoval. Napriek tomu NASA trvá na tom, že tento výskum priniesol lepšie pochopenie fungovania inzulínu a jeho vplyvu na zdravie, čo im môže čiastočne pomôcť pripraviť sa na rozšírené ľudské misie do vesmíru.
Ako uvádza NASA: „Poskytujú sa jedinečné výskumné príležitosti vesmírneho prostredia, ktoré povzbudzujú súkromné priemyselné odvetvia, aby využívali výhody vesmírneho výskumu na vývoj nových produktov alebo služieb.“
Je to všetko veľmi Star Trek (alebo Buzz Lightyear, ak chcete), ale tiež veľmi uzemnené. Vezmime si napríklad túto aktuálnu dvojitú štúdiu NASA z roku 2019, ktorá odhalila nové poznatky o cukrovke a ochoreniach obličiek.
Kto by to bol povedal? Veľké poďakovanie patrí NASA od Pozemšťanov s diabetom za ich priebežné príspevky.
Do nekonečna a ešte ďalej!
