NASA Space Technology and Diabetes

Vad har NASA: s rymdteknologi och diabetes gemensamt? Ganska mycket, faktiskt.

Förbindelsen mellan NASA och diabetesteknologi var ett utmärkt ämne vid det senaste Diabetes Technology Society årsmötet som hölls 14-16 november i Bethesda, MD. Vid den # 2019DTM-samlingen sammanfattade en NASA-läkare några av de mer anmärkningsvärda tekniska överlappningarna genom åren och pratade om aktuella projekt.

"Du kanske undrar vad NASA gör här, och hur rymd och diabetes passar ihop", säger Dr Victor Schneider, forskningsmedicinsk chef för NASA: s program för biomedicinsk forskning och motåtgärder i Washington DC. "NASA är en teknikorganisation, och vi har haft ett intresse för diabetes och teknik under lång tid, eftersom det har funnits specifika applikationer som har tillämpats på diabetes och personlig hälsa, och det är viktigt när vi förbereder oss för dessa uppdrag. ”

NASA utforskar aktivt hälsorelaterade teknologier eftersom de planerar mänskliga uppdrag till månen 2024 och till Mars 2035, som en del av deras nya rymdpolitiska direktiv som kräver mänsklig expansion av solsystemet. Deras forskning syftar till att bättre utrusta astronauter och rymdfarkoster för framtida uppdrag.

Historia om NASA och diabetes

Tyvärr är det fortfarande omöjligt för personer med insulinberoende diabetes att bli astronauter, även om de säkert kan arbeta i andra NASA-roller, som flygledare.

Men under de senaste decennierna har vi sett spännande tillämpningar av NASA-teknik som har tillämpats på diabetesvärlden - från rymdmikrogravitation som påverkar insulinskapandet, till kontinuerliga glukosmonitorer som används för att övervaka astronauternas hälsa och biometri, till kapsling av holmar och implanterbara insulinpumpar som har anpassats från rymdfarkostdesign.

Intressant historisk godbit: Det var faktiskt för 33 år sedan den senaste veckan (den 10 november 1986) att en av de NASA-stödda diabetesteknikerna - en implanterbar insulinpump som utvecklats av MiniMed - hittade sin väg till den första mänskliga patienten.

I början av 2000-talet deltog NASA offentligt i forskning som spänner över hormonresistens kopplad till diabetes hela vägen till riktade proteiner för diabetesläkemedelsdesign.

År 2006 utlystes ett pressmeddelande: "NASA och universitet går med för att bekämpa diabetes." Arbetet vid George Washington University och Cornell University fokuserade på att analysera elektronmikrofotografier (bilder från ett elektronmikroskop) av betaceller från råttor och cellernas svar på glukos.

Och 2012 blev arbetet mycket science-fiction, med projekt som en mobiltelefon som kunde upptäcka diabetes från din andedräkt.

“Insulinpump i rymdåldern”

Visste du att tidigt implanterbar insulinpumpteknik kom från FoU-arbete på NASA och militära rymdsystem? Yup, det så kallade Programmable Implantable Medication System var ett litet, mikro-miniatyriserat vätskekontrollsystem som ursprungligen hade använts i livssökningsupplevelser runt två av Mars Viking-rymdskeppsuppdrag på 70-talet. Medierna var stolta över detta, löpande funktioner som denna "Space-Age insulinpump kan bli en hiss för diabetiker" publicerad i Chicago Tribune den 20 november 1986.

När de undersökte hur man färdades längre ut i rymden och övervunnit utmaningarna med att övervaka astronauternas hälsa vände sig NASA-forskare till denna typ av teknik för att övervaka vitala tecken - och som så småningom sprang över i den civila teknikutvecklingen av denna implanterbara insulinpump. Senare, som ett resultat av Goddard Space Flight Centers arbete inom detta område, kunde medicinska experter skapa implanterbara enheter som kan övervaka glukosnivåer och skicka signaler för att leverera insulin när en astronaut kan behöva det.

För att klargöra är en implanterbar insulinpump inte densamma som dagens traditionella insulinpumpar som fastnar i huden via en liten nål som ingår i en infusionsset. Snarare är detta lite batteridrivna enheter som ser ut som en liten hockeypuck metall, implanterad i ett kirurgiskt ingrepp i en vävnadsficka under huden, där den levererar basinsulin via katetern. Generellt har den en leverans av koncentrerat insulin i tre månader och kan fyllas på utan att en läkare tar bort den från kroppen. Batterierna kan ta ett antal år innan en ny implanterbar pump behövs. Patienten bär en trådlös styrenhet som liknar en traditionell Medtronic-pumpenhet med slang, som används för att programmera bolusdoser för mat och korrigering.

Låter ganska coolt, nej?

Självklart berättar historien nu en historia om hur den implanterbara insulinpumpen inte var allt som den förutspåddes av NASA och diabetesexperter från förr.

Den första MiniMed-implanterbara insulinpumpen utvecklades 1986, men det var först närmare ett decennium senare att enheten fick myndighetsgodkännande i Europa. När MiniMed förbättrade sin teknik både här i USA och globalt började fler patienter använda enheterna. MiniMed släppte så småningom nya modeller 2000 som hade förbättrat minne och längre batteritid.

Allt förändrades när Medtronic köpte MiniMed 2001, och endast minimala förbättringar gjordes under de följande åren. År 2007 meddelade Medtronic att man helt skulle avbryta sin kliniska FoU för det implanterbara insulinpumpkonceptet. Det tvingade användare att antingen hitta andra behandlingsalternativ eller att resa någonstans där de kunde få enheten fylld på eller bytas ut efter behov. Försörjningen har blivit alltmer begränsad när åren har gått, eftersom Medtronic bara levererar ett litet antal av dessa implanterbara enheter internationellt, istället koncentrerar sig sig på externa insulinpumpar och teknik med sluten slinga.

Vi får nu veta att Medtronic håller på att överföra IP-adressen till San Diego-start PhysioLogic Devices. Företagets VD Greg Peterson - en implanterbar insulinpumpare själv sedan början av 90-talet! - tog över i början av 2019 och säger att de är på ett ”flerårigt spår för att utveckla vår toppmoderna implanterbara insulinpump som i andra generationen kommer att länka via vår anpassade algoritm till en kontinuerlig glukosmonitor.” Med nyligen finansierade medel från JDRF och ett möte med Europeiska forskningskommittén om att fortsätta denna FoU är Peterson optimistisk.

Det är naturligtvis inte den enda rymdbaserade tekniken som fortfarande ses i diabetesuniverset ...

Innovationer från cellinkapsling från tyngdkraften

Ett fascinerande NASA-genererat projekt involverar kapsling av holmarceller, vilket ledde till att en före detta astronaut och diabetesforskare grundade sitt eget företag baserat på tre decenniers arbete inom detta område. Dr Taylor Wang vid Vanderbilt University i Nashville, TN, började sitt arbete med en bio-artificiell bukspottkörteln, känd som Encapsulife, baserat på sina observationer i rymden i april 1985.

Ja, han forskade bokstavligen i tyngdkraften ombord på den olyckliga rymdfärjutmanaren. Wang var på väg upp vid California Institute of Technology: s Jet Propulsion Laboratory när han valdes av NASA att fungera som en nyttolastspecialist och en av sju astronauter på ett veckolångt STS-51-B-uppdrag med fokus på mikrogravitationsforskning. Detta uppdrag gjorde honom till den första etniska kinesen som gick ut i rymden.

Vad Wang såg i rymden inom området ”polymerkapselns tillväxt och prestanda” var unikt och formande, enligt forskare som JDRF. Han studerade hur roterande sfärliknande former uppförde sig i noll tyngdkraft och fann att vattendroppar skulle migrera till mitten av sfärerna snarare än att röra sig mot kanterna. Baserat på denna iakttagelse skapade han på 1990-talet ett immuno-isoleringsinkapslingssystem som skyddar levande celler och låter dem upprätthålla sin cellfunktion, utan behov av några immunundertryckande läkemedel som har så många negativa biverkningar.

Plåstret Encapsulife-plåstret föreställdes som en högteknologisk "pannkaka" bestående av flerskiktspolymerkapslar som skulle bildas i olika former för att passa transplantationsvärden. Ungefär storleken på en silverdollar skulle den implanteras under huden och innehålla tiotusentals inkapslade levande holmceller (kommer från grisar eller mänskliga vuxna stamceller). Det skulle skydda holmarna från varje autoimmunattack, välkomna matsmältningsglukos från levern och stimulera holmarna att producera insulin och utsöndra det automatiskt i diabetespersonens system - precis som en normal fungerande bukspottkörtel.

Encapsulife-folket säger att en "rymdkapsel" verkligen är den bästa analogin för hur denna plåster fungerar: en levande varelse inuti kapseln som flyter i en fientlig eller främmande miljö.

Wang utförde den första omgången av framgångsrika studier med gnagare tillbaka på 90-talet, och ett decennium senare 2007 fann han att diabeteshundar kunde tas av insulin med normala fastande blodsocker i upp till sju månader. Senast 2013 arbetade Wang med Dr. James Markmann vid Massachusetts General Hospital för att använda den levande cellplåstret för att motverka diabetes hos små apor utan några immunsupprimerande medel.

"Utan NASA: s Shuttle, Spacelab 3 och tidigt uppföljande stöd för mikrogravitation, skulle ingen av våra biomedicinska framsteg, med löfte om att ge enorma medicinska fördelar för mänskligheten, ha ägt rum," berättade Dr. Wang tidigare .

Vi har inte sett så mycket nytt från Encapsulife sedan det fick ett amerikanskt patent 2014, men vi får höra att utvecklingsarbetet fortsätter, och tidigare i år tog en pensionerad bankir - Larry Lux - över som president för start. Vi ser fram emot att se vad som kommer nästa.

Växer insulin i yttre rymden?

Ett annat fascinerande NASA-projekt var att odla insulinkristaller i rymden.

Tillbaka i slutet av 90-talet fanns berättelser om att insulinkristaller studerades på en rymdfärja och odlades på ett sätt som inte sågs på planeten Jorden tidigare. Resultat från ett tillväxtexperiment från insulinkristaller i rymden 1994 lovade en ”ny förståelse för diabetes”, vilket möjligen banade väg för att minska insulininjektioner genom att använda det som utvecklades i yttre rymden.

"De rymdvuxna insulinkristallerna har gett oss ny, aldrig tidigare sett information", sa en forskare i New York vid den tiden. "Som ett resultat har vi nu en mycket mer detaljerad bild av insulin."

Den nya informationen som samlats in skulle användas vid utvecklingen av en ”ny terapeutisk insulinbehandling för kontroll av diabetes” vid ett forskningscenter i Birmingham, AL, som samarbetat med Centre for Macromolecular Crystallography, ett NASA Commercial Space Center. Det var ett av NASA: s 10 kommersiella rymdcenter som hanterades av Space Product Development Office inom Microgravity Research Program Office på NASAs Marshall Space Flight Center.

Tyvärr, trots de lovande rubrikerna, har en ny typ av insulin som härrör från de rymdvuxna kristallerna aldrig materialiserats. Ändå insisterar NASA på att denna forskning gav en bättre förståelse för hur insulin fungerar och dess inverkan på hälsan, vilket delvis kan hjälpa dem att förbereda sig för utvidgade mänskliga uppdrag i rymden.

Som NASA uttrycker det: "Unika forskningsmöjligheter i rymdmiljön görs tillgängliga för att uppmuntra privata industrier att utnyttja fördelarna med rymdbaserad forskning för att utveckla nya produkter eller tjänster."

Det är allt väldigt Star Trek (eller Buzz Lightyear om du vill), men också väldigt jordat. Ta till exempel den nuvarande NASA Twin-studien från 2019 som har avslöjat nya resultat om diabetes och njursjukdom.

Vem skulle ha trott? Ett stort tack till NASA från Earthlings with Diabetes för deras pågående bidrag.

Mot oändligheten och vidare!