NASA Space Technology en diabetes

Wat hebben NASA-ruimtevaarttechnologie en diabetes gemeen? Best veel eigenlijk.

De connectie tussen NASA en diabetestechnologie was een belangrijk onderwerp tijdens de recente jaarlijkse bijeenkomst van de Diabetes Technology Society, gehouden van 14 tot 16 november in Bethesda, MD. Op die # 2019DTM-bijeenkomst herhaalde een NASA-arts enkele van de meer opvallende technische overlappingen door de jaren heen en sprak hij over huidige projecten.

"Je vraagt ​​je misschien af ​​wat NASA hier doet, en hoe ruimte en diabetes bij elkaar passen", zegt Dr. Victor Schneider, onderzoeksarts voor het Biomedical Research and Countermeasures Program van NASA in Washington DC. interesse in diabetes en technologie voor een lange tijd, omdat er specifieke toepassingen zijn geweest die van toepassing zijn geweest op diabetes en persoonlijke gezondheid, en dat is belangrijk terwijl we ons voorbereiden op deze missies. "

NASA onderzoekt actief gezondheidsgerelateerde technologieën, aangezien het door mensen geleide missies naar de maan in 2024 en naar Mars in 2035 voor ogen heeft, als onderdeel van hun nieuwe ruimtebeleidsrichtlijn waarin wordt opgeroepen tot menselijke uitbreiding van het zonnestelsel. Hun onderzoek heeft tot doel astronauten en ruimtevaartuigen beter uit te rusten voor toekomstige missies.

Geschiedenis van NASA en diabetes

Helaas is het voor mensen met insulineafhankelijke diabetes nog steeds onmogelijk om astronaut te worden, hoewel ze zeker in andere NASA-rollen kunnen werken, zoals als vluchtcontroller.

Maar in de afgelopen decennia hebben we opwindende toepassingen van NASA-technologie toegepast op de diabeteswereld gezien - van microzwaartekracht in de ruimte die de insulinecreatie beïnvloedt, tot continue glucosemeters die worden gebruikt om de gezondheid en biometrie van astronauten te volgen, tot inkapseling van eilandjes en implanteerbare insulinepompen die zijn aangepast vanuit het ontwerp van ruimtevaartuigen.

Interessante historische lekkernij: het was de afgelopen week 33 jaar geleden (op 10 november 1986) dat een van de door NASA ondersteunde diabetestechnologieën - een implanteerbare insulinepomp ontwikkeld door MiniMed - zijn weg vond naar de eerste menselijke patiënt.

In de vroege jaren 2000 was NASA publiekelijk betrokken bij onderzoek dat zich uitstrekte over hormoonresistentie in verband met diabetes tot aan gerichte eiwitten voor het ontwerpen van diabetesgeneesmiddelen.

In 2006 riep een persbericht: "NASA en universiteiten doen mee om diabetes te bestrijden." Het werk aan de George Washington University en Cornell University was gericht op het analyseren van elektronenmicroscoopfoto's (beelden van een elektronenmicroscoop) van bètacellen van ratten en de reactie van de cellen op glucose.

En in 2012 werd het werk inderdaad erg sciencefiction, met projecten als een mobiele telefoon die diabetes aan je ademhaling kon detecteren.

"Space-Age insulinepomp"

Wist je dat de vroege implanteerbare insulinepomptechnologie voortkwam uit R & D-werk aan NASA en militaire ruimtesystemen? Ja, het zogenaamde Programmable Implantable Medication System was een klein, micro-geminiaturiseerd vloeistofcontrolesysteem dat aanvankelijk werd gebruikt in levenservaringen rond twee van de Mars Viking-ruimtevaartmissies in de jaren '70. De media waren hier enthousiast over, met functies als deze 'Space-Age-insulinepomp zou een lift voor diabetici kunnen worden', gepubliceerd in de Chicago Tribune op 20 november 1986.

Terwijl ze aan het onderzoeken waren hoe ze verder de ruimte in konden reizen en de uitdagingen van het bewaken van de gezondheid van astronauten konden overwinnen, wendden NASA-onderzoekers zich tot dit type technologie om vitale functies te bewaken - en dat sloeg uiteindelijk over in de civiele technische ontwikkeling van deze implanteerbare insulinepomp. Later, als resultaat van het werk van het Goddard Space Flight Center op dit gebied, waren medische experts in staat implanteerbare apparaten te maken die glucosespiegels kunnen controleren en signalen kunnen verzenden om insuline af te geven wanneer een astronaut dit nodig heeft.

Ter verduidelijking: een implanteerbare insulinepomp is niet hetzelfde als de traditionele insulinepompen van tegenwoordig die in de huid worden geplakt via een kleine naald die deel uitmaakt van een infusieset. Dit zijn eerder een kleine batterijgevoede eenheid die eruitziet als een kleine metalen hockeypuck, geïmplanteerd tijdens een chirurgische procedure in een zak weefsel onder de huid, waar het basale insuline toedient via een katheter. Over het algemeen bevat het een voorraad geconcentreerde insuline voor drie maanden en kan het worden bijgevuld zonder het door een arts uit het lichaam te verwijderen. De batterijen kunnen een aantal jaren meegaan voordat een nieuwe implanteerbare pomp nodig is. De patiënt heeft een draadloze controller bij zich die lijkt op een traditionele pompunit van Medtronic, die wordt gebruikt om bolusdoses voor voedsel en correcties te programmeren.

Klinkt best gaaf, niet?

De geschiedenis vertelt nu natuurlijk een verhaal over hoe de implanteerbare insulinepomp niet alles was wat de NASA en diabetesdeskundigen van weleer voorspelden.

De eerste implanteerbare insulinepomp van MiniMed werd ontwikkeld in 1986, maar pas bijna tien jaar later kreeg het apparaat in Europa wettelijke goedkeuring. Terwijl MiniMed zijn technologie verbeterde, zowel hier in de VS als wereldwijd, begonnen meer patiënten de apparaten te gebruiken. MiniMed bracht uiteindelijk in 2000 nieuwe modellen uit die een verbeterd geheugen en een langere batterijduur hadden.

Alles veranderde toen Medtronic MiniMed in 2001 kocht, en in de jaren erna werden slechts minimale verbeteringen aangebracht. In 2007 kondigde Medtronic aan dat het zijn klinische O&O voor het implanteerbare insulinepompconcept helemaal zou stopzetten. Dat dwong gebruikers om ofwel andere behandelingsopties te zoeken, of ergens heen te reizen waar ze het apparaat opnieuw konden laten vullen of zo nodig konden vervangen. Voorraden zijn in de loop van de jaren steeds beperkter geworden, aangezien Medtronic slechts een klein aantal van deze implanteerbare apparaten internationaal levert en zich in plaats daarvan concentreert op zijn externe insulinepompen en closed loop-technologie.

Er is ons nu verteld dat Medtronic in gesprek is om dat IP-adres over te dragen aan de startup PhysioLogic Devices in San Diego. De CEO van dat bedrijf Greg Peterson - zelf een implanteerbare insulinepomp sinds het begin van de jaren 90! - nam het begin 2019 over en zegt dat ze bezig zijn met een "meerjarig traject om onze ultramoderne implanteerbare insulinepomp te ontwikkelen die, in de tweede generatie, via ons aangepaste algoritme zal worden gekoppeld aan een continue glucosemonitor." Met recente financiering van JDRF en een ontmoeting met de Europese Onderzoekscommissie over voortzetting van deze O&O, is Peterson optimistisch.

Dat is natuurlijk niet de enige van de ruimte afgeleide technologie die nog steeds wordt gezien in het diabetesuniversum ...

Innovaties in celinkapseling vanuit gewichtloosheid

Een fascinerend door de NASA gegenereerd project betreft het inkapselen van eilandjes, wat ertoe leidde dat een voormalige astronaut en diabetesonderzoeker zijn eigen bedrijf oprichtte op basis van drie decennia werk in dat gebied. Dr. Taylor Wang van de Vanderbilt University in Nashville, TN, begon zijn werk aan een bio-kunstmatige alvleesklierpleister die bekend staat als Encapsulife, gebaseerd op zijn waarnemingen in april 1985 in de ruimte.

Ja, hij deed letterlijk onderzoek naar gewichtloosheid aan boord van de noodlottige Space Shuttle Challenger. Wang stond aan het hoofd van het Jet Propulsion Laboratory van het California Institute of Technology toen hij door NASA werd uitgekozen om als payloadspecialist te dienen en als een van de zeven astronauten op een STS-51-B-missie van een week, gericht op onderzoek naar microzwaartekracht. Deze missie maakte hem de eerste etnisch Chinese persoon die de ruimte in ging.

Wat Wang in de ruimte zag op het gebied van "groei en prestatie van polymeercapsules" was uniek en vormend, aldus onderzoekers als de JDRF. Hij bestudeerde hoe roterende bolvormige vormen zich gedroegen zonder zwaartekracht en ontdekte dat waterdruppels naar het midden van de bollen zouden migreren in plaats van naar de randen te bewegen. Op basis van deze waarneming creëerde hij in de jaren negentig een immuno-isolatie-inkapselingssysteem dat levende cellen beschermt en hen in staat stelt hun celfunctie te behouden, zonder dat er immunosuppressiva nodig zijn die zoveel negatieve bijwerkingen hebben.

De pleister Encapsulife-pleister was bedoeld als een high-tech "pannenkoek", bestaande uit meerlaagse polymeercapsules die in verschillende vormen zouden worden gevormd om bij de getransplanteerde gastheer te passen. Ongeveer zo groot als een zilveren dollar, zou het onder de huid worden geïmplanteerd en tienduizenden ingekapselde levende eilandcellen bevatten (afkomstig van varkens of menselijke volwassen stamcellen). Het zou de eilandjes beschermen tegen elke auto-immuunaanval, de spijsverteringsglucose uit de lever verwelkomen en de eilandjes stimuleren om insuline te produceren en dit automatisch af te scheiden in het systeem van de diabetespatiënt - net als een normaal werkende alvleesklier.

De mensen van Encapsulife zeggen dat een "ruimtecapsule" echt de beste analogie is voor hoe deze patch werkt: een levend wezen in de capsule dat zweeft in een vijandige of vreemde omgeving.

Wang voerde de eerste ronde van succesvolle onderzoeken uit met knaagdieren in de jaren 90, en een decennium later in 2007 ontdekte hij dat diabetische honden tot zeven maanden lang zonder insuline konden worden gehouden met normale nuchtere bloedsuikers. Meest recentelijk, in 2013, werkte Wang met Dr. James Markmann in het Massachusetts General Hospital om de levende celpleister te gebruiken om diabetes bij kleine apen tegen te gaan zonder immunosuppressiva.

"Zonder NASA's Shuttle, Spacelab 3 en vroege vervolgondersteuning voor microzwaartekrachtonderzoek, zou geen van onze biomedische vooruitgang, met de belofte om enorme medische voordelen voor de mensheid te bieden, zijn uitgekomen", vertelde Dr. Wang ons eerder. .

We hebben niet veel nieuws gezien van Encapsulife sinds het in 2014 een Amerikaans patent verwierf, maar er is ons verteld dat het ontwikkelingswerk doorgaat en eerder dit jaar nam een ​​gepensioneerde bankier - Larry Lux - het over als president van de startup. We kijken er naar uit om te zien wat er daarna komt.

Insuline kweken in de ruimte?

Een ander fascinerend NASA-project was het kweken van insulinekristallen in de ruimte.

Eind jaren 90 waren er verhalen over insulinekristallen die werden bestudeerd in een spaceshuttle en werden gekweekt op manieren die nog niet eerder op planeet Aarde waren gezien. Resultaten van een insuline-kristalgroei-experiment uit 1994 in de ruimte beloofden een "nieuw begrip van diabetes", waardoor mogelijk een manier werd gevonden om insuline-injecties te verminderen door gebruik te maken van wat in de ruimte was ontwikkeld.

"De in de ruimte gegroeide insulinekristallen hebben ons nieuwe, nooit eerder vertoonde informatie opgeleverd", zei een onderzoeker in New York destijds. "Daardoor hebben we nu een veel gedetailleerder beeld van insuline."

De verkregen nieuwe informatie zou worden gebruikt bij de ontwikkeling van een "nieuwe therapeutische insulinebehandeling voor de beheersing van diabetes" in een onderzoekscentrum in Birmingham, AL, dat een partnerschap had aangegaan met het Center for Macromolecular Crystallography, een NASA Commercial Space Center. Het was een van de 10 commerciële ruimtecentra van NASA die werd beheerd door het Space Product Development Office binnen het Microgravity Research Program Office van het Marshall Space Flight Center van NASA.

Helaas, ondanks die veelbelovende krantenkoppen, is er nooit een nieuw type insuline ontstaan ​​dat is afgeleid van die in de ruimte gegroeide kristallen. Toch benadrukt NASA dat dit onderzoek een beter begrip heeft opgeleverd van hoe insuline werkt en de impact ervan op de gezondheid, wat hen gedeeltelijk kan helpen zich voor te bereiden op uitgebreide menselijke missies in de ruimte.

Zoals NASA het stelt: "Er worden unieke onderzoeksmogelijkheden van de ruimteomgeving beschikbaar gesteld om particuliere industrieën aan te moedigen de voordelen van ruimtelijk onderzoek te benutten om nieuwe producten of diensten te ontwikkelen."

Het is allemaal erg Star Trek (of Buzz Lightyear als je wilt), maar ook erg geaard. Neem bijvoorbeeld deze huidige NASA Twin-studie uit 2019 die nieuwe bevindingen heeft onthuld over diabetes en nieraandoeningen.

Wie had dat ooit gedacht? Een grote dank aan NASA van Earthlings with Diabetes voor hun voortdurende bijdragen.

Tot de oneindigheid en verder!