Tecnologia spaziale della NASA e diabete

Cosa hanno in comune la tecnologia spaziale della NASA e il diabete? Un bel po ', in realtà.

La connessione tra la NASA e la tecnologia per il diabete è stato un argomento in primo piano al recente incontro annuale della Diabetes Technology Society tenutosi dal 14 al 16 novembre a Bethesda, MD. In quel raduno # 2019DTM, un medico della NASA ha ricapitolato alcune delle più importanti sovrapposizioni tecnologiche nel corso degli anni e ha parlato dei progetti in corso.

"Ci si potrebbe chiedere cosa ci fa la NASA qui e come spazio e diabete si adattano", ha detto il dottor Victor Schneider, ufficiale medico di ricerca per il programma di ricerca biomedica e contromisure della NASA a Washington DC "La NASA è un'organizzazione tecnologica, e abbiamo avuto un interesse per il diabete e la tecnologia da molto tempo, perché ci sono state applicazioni specifiche che si sono applicate al diabete e alla salute personale, e questo è importante mentre ci prepariamo per queste missioni ".

La NASA sta esplorando attivamente le tecnologie relative alla salute in quanto prevede missioni guidate dall'uomo sulla Luna nel 2024 e su Marte entro il 2035, come parte della loro nuova direttiva sulla politica spaziale che richiede l'espansione umana del sistema solare. La loro ricerca mira ad equipaggiare meglio astronauti e veicoli spaziali per future missioni.

Storia della NASA e del diabete

Sfortunatamente è ancora impossibile per le persone con diabete insulino-dipendente diventare astronauti, anche se possono certamente lavorare in altri ruoli della NASA, come i controllori di volo.

Ma negli ultimi decenni abbiamo visto applicazioni entusiasmanti della tecnologia della NASA applicata al mondo del diabete - dalla microgravità spaziale che influenza la creazione di insulina, ai monitor continui del glucosio utilizzati per monitorare la salute e la biometria degli astronauti, all'incapsulamento delle isole e alle pompe di insulina impiantabili che sono stati adattati dal design del veicolo spaziale.

Interessante curiosità storica: in realtà è stato 33 anni fa la scorsa settimana (il 10 novembre 1986), che una delle tecnologie per il diabete supportate dalla NASA - una pompa per insulina impiantabile sviluppata da MiniMed - ha trovato la sua strada nel primo paziente umano.

All'inizio degli anni 2000, la NASA è stata pubblicamente coinvolta nella ricerca che abbracciava la resistenza agli ormoni legata al diabete fino alle proteine ​​mirate per la progettazione di farmaci per il diabete.

Nel 2006, un annuncio alla stampa pubblicizzava: "La NASA e le università si uniscono per combattere il diabete". Il lavoro presso la George Washington University e la Cornell University si è concentrato sull'analisi di microfotografie elettroniche (immagini da un microscopio elettronico) di cellule beta di ratti e sulla risposta delle cellule al glucosio.

E nel 2012, il lavoro è diventato davvero fantascientifico, con progetti come un telefono cellulare in grado di rilevare il diabete dal tuo respiro.

"Pompa per insulina dell'era spaziale"

Sapevi che la prima tecnologia del microinfusore impiantabile proveniva dal lavoro di ricerca e sviluppo sulla NASA e sui sistemi spaziali militari? Sì, il cosiddetto sistema di farmaci impiantabili programmabili era un minuscolo sistema di controllo dei fluidi micro-miniaturizzato che era stato inizialmente utilizzato nelle esperienze di ricerca della vita intorno a due delle missioni della sonda Mars Viking negli anni '70. I media erano entusiasti di questo, l'esecuzione di funzioni come questo pezzo "Il microinfusore dell'era spaziale potrebbe diventare un ascensore per i diabetici" pubblicato nel Chicago Tribune il 20 novembre 1986.

Mentre stavano esplorando come viaggiare più lontano nello spazio e superare le sfide del monitoraggio della salute degli astronauti, i ricercatori della NASA si sono rivolti a questo tipo di tecnologia per monitorare i segni vitali - e questo alla fine si è riversato nello sviluppo tecnologico civile di questa pompa per insulina impiantabile. Successivamente, come risultato del lavoro del Goddard Space Flight Center in quest'area, gli esperti medici sono stati in grado di creare dispositivi impiantabili in grado di monitorare i livelli di glucosio e inviare segnali per fornire insulina quando un astronauta potrebbe averne bisogno.

Per chiarire, una pompa per insulina impiantabile non è la stessa delle pompe per insulina tradizionali di oggi che sono bloccate nella pelle tramite un piccolo ago che fa parte di un set per infusione. Piuttosto, si tratta di una piccola unità alimentata a batteria che assomiglia a un piccolo disco da hockey in metallo, impiantato con una procedura chirurgica in una tasca di tessuto sotto la pelle, dove fornisce insulina basale tramite catetere. Generalmente, trasporta una fornitura di tre mesi di insulina concentrata e può essere ricaricata senza rimuoverla dal corpo da un medico. Le batterie possono durare diversi anni prima che sia necessaria una nuova pompa impiantabile. Il paziente trasporta un controller wireless che assomiglia a una tradizionale unità di pompaggio a tubi Medtronic, utilizzata per programmare le dosi del bolo per il cibo e le correzioni.

Suona abbastanza bene, no?

Naturalmente, la storia ora racconta una storia di come la pompa per insulina impiantabile non fosse tutto ciò che era previsto dalla NASA e dagli esperti di diabete di un tempo.

Il primo microinfusore per insulina impiantabile MiniMed è stato sviluppato nel 1986, ma è stato solo quasi un decennio dopo che il dispositivo ha ricevuto l'approvazione normativa in Europa. Poiché MiniMed ha migliorato la sua tecnologia sia qui negli Stati Uniti che nel mondo, più pazienti hanno iniziato a utilizzare i dispositivi. MiniMed alla fine ha rilasciato nuovi modelli nel 2000 che avevano migliorato la memoria e una maggiore durata della batteria.

Tutto è cambiato quando Medtronic ha acquistato MiniMed nel 2001 e negli anni successivi sono stati apportati solo miglioramenti minimi. Nel 2007, Medtronic ha annunciato che avrebbe interrotto del tutto la sua ricerca e sviluppo clinico per il concetto di pompa per insulina impiantabile. Ciò ha costretto gli utenti a trovare altre opzioni di trattamento oa viaggiare in un luogo in cui avrebbero potuto ricaricare il dispositivo o sostituirlo secondo necessità. Le forniture sono diventate sempre più limitate con il passare degli anni, poiché Medtronic fornisce solo un piccolo numero di questi dispositivi impiantabili a livello internazionale, concentrandosi invece sulle sue pompe per insulina esterne e sulla tecnologia a circuito chiuso.

Ora ci viene detto che Medtronic è in trattative per trasferire tale IP alla startup di San Diego PhysioLogic Devices. L'amministratore delegato di quell'azienda Greg Peterson, lui stesso un pumper di insulina impiantabile dall'inizio degli anni '90! - è subentrato all'inizio del 2019 e afferma di essere su un percorso "pluriennale per sviluppare la nostra pompa per insulina impiantabile all'avanguardia che, nella seconda generazione, si collegherà tramite il nostro algoritmo personalizzato a un monitoraggio continuo del glucosio". Con i recenti finanziamenti della JDRF e un incontro con il Comitato di ricerca europeo sul proseguimento di questa ricerca e sviluppo, Peterson è ottimista.

Questa non è l'unica tecnologia derivata dallo spazio ancora vista oggi nell'universo del diabete, ovviamente ...

Innovazioni nell'incapsulamento cellulare dalla gravità zero

Un affascinante progetto generato dalla NASA riguarda l'incapsulamento delle cellule delle isole, che ha portato un ex astronauta e ricercatore sul diabete a fondare la propria azienda sulla base di tre decenni di lavoro in quella zona. Il dottor Taylor Wang della Vanderbilt University di Nashville, TN, ha iniziato il suo lavoro su un cerotto bio-artificiale al pancreas noto come Encapsulife sulla base delle sue osservazioni nello spazio dell'aprile 1985.

Sì, stava letteralmente facendo ricerche in assenza di gravità a bordo dello sfortunato Space Shuttle Challenger. Wang era a capo del Jet Propulsion Laboratory del California Institute of Technology quando è stato scelto dalla NASA per servire come specialista del carico utile e uno dei sette astronauti in una missione STS-51-B di una settimana incentrata sulla ricerca sulla microgravità. Questa missione lo ha reso il primo cinese etnico ad andare nello spazio.

Quello che Wang ha visto nello spazio nell'area della "crescita e prestazioni delle capsule polimeriche" è stato unico e formativo, secondo osservatori della ricerca come il JDRF. Ha studiato come le forme rotanti simili a sfere si comportano in assenza di gravità e ha scoperto che le goccioline d'acqua migrerebbero al centro delle sfere piuttosto che spostarsi verso i bordi. Sulla base di questa osservazione, negli anni '90 ha creato un sistema di incapsulamento di immunoisolamento che protegge le cellule viventi e consente loro di sostenere la loro funzione cellulare, senza la necessità di farmaci immunosoppressori che hanno così tanti effetti collaterali negativi.

Il cerotto Encapsulife patch è stato concepito come un "pancake" high-tech composto da capsule polimeriche multistrato che si formerebbero in forme diverse per adattarsi all'ospite del trapianto. Delle dimensioni di un dollaro d'argento, sarebbe impiantato sotto la pelle, contenendo decine di migliaia di cellule insulari viventi incapsulate (provenienti da maiali o cellule staminali umane adulte). Proteggerebbe le isole da qualsiasi attacco autoimmune, accogliendo il glucosio digestivo dal fegato e stimolando le isole a produrre insulina e secernerla automaticamente nel sistema della persona diabetica, proprio come un normale pancreas funzionante.

La gente di Encapsulife dice che una "capsula spaziale" è davvero la migliore analogia per come funziona questo cerotto: un essere vivente all'interno della capsula che fluttua in un ambiente ostile o estraneo.

Wang ha eseguito il primo ciclo di studi di successo utilizzando roditori negli anni '90 e un decennio dopo, nel 2007, ha scoperto che ai cani diabetici si poteva togliere l'insulina con normali zuccheri nel sangue a digiuno per un massimo di sette mesi. Più di recente, nel 2013, Wang ha lavorato con il dottor James Markmann presso il Massachusetts General Hospital per utilizzare il cerotto di cellule viventi per contrastare il diabete nelle piccole scimmie senza alcun immunosoppressore.

"Senza lo Shuttle della NASA, Spacelab 3 e il supporto della ricerca sulla microgravità di follow-on iniziale, nessuno dei nostri progressi biomedici, con la promessa di fornire enormi benefici medici all'umanità, sarebbe avvenuto", ci ha detto in precedenza il dottor Wang .

Non abbiamo visto molte novità da Encapsulife da quando ha ottenuto un brevetto negli Stati Uniti nel 2014, ma ci è stato detto che il lavoro di sviluppo continua e all'inizio di quest'anno un banchiere in pensione - Larry Lux - ha assunto la carica di presidente della startup. Non vediamo l'ora di vedere cosa verrà dopo.

Insulina in crescita nello spazio?

Un altro affascinante progetto della NASA è stato la crescita dei cristalli di insulina nello spazio.

Alla fine degli anni '90, c'erano storie di cristalli di insulina studiati su una navetta spaziale e cresciuti in modi che non erano stati visti prima sul pianeta Terra. I risultati di un esperimento di crescita dei cristalli di insulina nello spazio del 1994 hanno promesso una "nuova comprensione del diabete", aprendo potenzialmente una strada per ridurre le iniezioni di insulina utilizzando ciò che è stato sviluppato nello spazio.

"I cristalli di insulina cresciuti nello spazio ci hanno fornito informazioni nuove e mai viste prima", disse all'epoca un ricercatore di New York. "Di conseguenza, ora abbiamo un quadro molto più dettagliato dell'insulina."

Le nuove informazioni raccolte dovevano essere utilizzate nello sviluppo di un "nuovo trattamento terapeutico con insulina per il controllo del diabete" presso un centro di ricerca a Birmingham, AL, che aveva collaborato con il Center for Macromolecular Crystallography, un centro spaziale commerciale della NASA. Era uno dei 10 centri spaziali commerciali della NASA gestiti dallo Space Product Development Office all'interno del Microgravity Research Program Office presso il Marshall Space Flight Center della NASA.

Purtroppo, nonostante quei titoli promettenti, un nuovo tipo di insulina derivata da quei cristalli cresciuti nello spazio non si è mai materializzato. Tuttavia, la NASA insiste sul fatto che questa ricerca ha offerto una migliore comprensione di come funziona l'insulina e del suo impatto sulla salute, il che può in parte aiutarli a prepararsi per missioni umane espanse nello spazio.

Come afferma la NASA: "Sono disponibili opportunità di ricerca uniche dell'ambiente spaziale per incoraggiare le industrie private a sfruttare i vantaggi della ricerca spaziale per sviluppare nuovi prodotti o servizi".

È tutto molto Star Trek (o Buzz Lightyear se vuoi), ma anche molto fondato. Prendi ad esempio questo attuale studio sui gemelli della NASA del 2019 che ha rivelato nuove scoperte sul diabete e sulle malattie renali.

Chi l'avrebbe mai detto? Un grande ringraziamento alla NASA da Earthlings with Diabetes per i loro continui contributi.

Verso l'infinito e oltre!