NASA Space Technology and Diabetes

เทคโนโลยีอวกาศและโรคเบาหวานของ NASA มีอะไรที่เหมือนกัน? ค่อนข้างมากจริง

การเชื่อมต่อระหว่าง NASA กับเทคโนโลยีโรคเบาหวานเป็นหัวข้อสำคัญในการประชุมประจำปีของ Diabetes Technology Society ซึ่งจัดขึ้นเมื่อวันที่ 14-16 พฤศจิกายนที่ Bethesda, MD ในการรวบรวม # 2019DTM นั้นแพทย์ของ NASA ได้เล่าถึงเทคโนโลยีที่โดดเด่นบางอย่างที่ทับซ้อนกันตลอดหลายปีที่ผ่านมาและพูดคุยเกี่ยวกับโครงการปัจจุบัน

“ คุณอาจสงสัยว่า NASA กำลังทำอะไรที่นี่และอวกาศและโรคเบาหวานเข้ากันได้อย่างไร” ดร. วิคเตอร์ชไนเดอร์เจ้าหน้าที่การแพทย์ด้านการวิจัยและการตอบโต้ทางชีวการแพทย์ของ NASA ในวอชิงตัน ดี.ซี. “ NASA เป็นองค์กรด้านเทคโนโลยีและเรามี ความสนใจในโรคเบาหวานและเทคโนโลยีมาเป็นเวลานานเนื่องจากมีการใช้งานเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับโรคเบาหวานและสุขภาพส่วนบุคคลและนั่นเป็นสิ่งสำคัญเมื่อเราเตรียมพร้อมสำหรับภารกิจเหล่านี้”

NASA กำลังสำรวจเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพอย่างแข็งขันในขณะที่วาดภาพภารกิจที่นำโดยมนุษย์ไปยังดวงจันทร์ในปี 2567 และไปยังดาวอังคารภายในปี 2578 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของคำสั่งนโยบายอวกาศฉบับใหม่ที่เรียกร้องให้มนุษย์ขยายระบบสุริยะ การวิจัยของพวกเขามีจุดมุ่งหมายเพื่อจัดเตรียมนักบินอวกาศและยานอวกาศให้ดีขึ้นสำหรับภารกิจในอนาคต

ประวัติ NASA และโรคเบาหวาน

น่าเสียดายที่ผู้ป่วยโรคเบาหวานที่ต้องพึ่งอินซูลินยังคงเป็นไปไม่ได้ที่จะเป็นนักบินอวกาศแม้ว่าพวกเขาจะสามารถทำงานในบทบาทอื่น ๆ ของ NASA ได้เช่นผู้ควบคุมการบินก็ตาม

แต่ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาเราได้เห็นแอปพลิเคชั่นที่น่าตื่นเต้นของเทคโนโลยีของ NASA ที่นำมาใช้กับโลกของโรคเบาหวานตั้งแต่ขนาดเล็กในอวกาศที่มีอิทธิพลต่อการสร้างอินซูลินไปจนถึงเครื่องตรวจน้ำตาลกลูโคสอย่างต่อเนื่องที่ใช้ในการตรวจสอบสุขภาพและชีวภาพของนักบินอวกาศไปจนถึงการห่อหุ้มเกาะเล็ก ๆ และเครื่องปั๊มอินซูลิน ได้รับการดัดแปลงมาจากการออกแบบยานอวกาศ

เรื่องน่ารู้ในประวัติศาสตร์ที่น่าสนใจ: เมื่อ 33 ปีที่แล้วเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว (เมื่อวันที่ 10 พฤศจิกายน 2529) หนึ่งในเทคโนโลยีโรคเบาหวานที่ได้รับการสนับสนุนจาก NASA ซึ่งเป็นปั๊มอินซูลินแบบฝังที่พัฒนาโดย MiniMed ได้ค้นพบวิธีการในผู้ป่วยคนแรกที่เป็นมนุษย์

ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 NASA มีส่วนร่วมอย่างเปิดเผยต่อสาธารณชนในการวิจัยเกี่ยวกับความต้านทานต่อฮอร์โมนที่เชื่อมโยงกับโรคเบาหวานไปจนถึงโปรตีนที่กำหนดเป้าหมายสำหรับการออกแบบยาเบาหวาน

ในปี 2006 มีการประกาศข่าวว่า“ NASA และ Universities เข้าร่วมเพื่อต่อสู้กับโรคเบาหวาน” งานที่มหาวิทยาลัยจอร์จวอชิงตันและมหาวิทยาลัยคอร์แนลมุ่งเน้นไปที่การวิเคราะห์โฟโตกราฟิคอิเล็กตรอน (ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) ของเบต้าเซลล์จากหนูและการตอบสนองของเซลล์ต่อกลูโคส

และในปี 2555 ผลงานดังกล่าวได้กลายเป็นนิยายวิทยาศาสตร์โดยมีโครงการต่างๆเช่นโทรศัพท์มือถือที่สามารถตรวจจับโรคเบาหวานจากลมหายใจของคุณได้

“ ปั๊มอินซูลินยุคอวกาศ”

คุณรู้ไหมว่าเทคโนโลยีปั๊มอินซูลินแบบฝังในยุคแรกนั้นมาจากงานวิจัยและพัฒนาใน NASA และระบบอวกาศทางทหาร ใช่สิ่งที่เรียกว่า Programmable Implantable Medication System เป็นระบบควบคุมของเหลวขนาดเล็กจิ๋วซึ่งเริ่มแรกถูกนำมาใช้ในประสบการณ์การค้นหาสิ่งมีชีวิตในภารกิจยานอวกาศ Mars Viking สองครั้งในทศวรรษที่ 70 สื่อต่างตื่นเต้นกับเรื่องนี้การทำงานเช่นนี้ "ปั๊มอินซูลินยุคอวกาศอาจกลายเป็นสิ่งที่เพิ่มขึ้นสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวาน" ที่ตีพิมพ์ใน ชิคาโกทริบูน เมื่อ 20 พ.ย. 2529

ในขณะที่พวกเขากำลังสำรวจวิธีการเดินทางไกลสู่อวกาศและเอาชนะความท้าทายในการตรวจสอบสุขภาพของนักบินอวกาศนักวิจัยของ NASA ได้หันมาใช้เทคโนโลยีประเภทนี้เพื่อตรวจสอบสัญญาณชีพและในที่สุดก็แพร่กระจายไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีพลเรือนของปั๊มอินซูลินที่ปลูกถ่ายได้นี้ ต่อมาจากการทำงานของศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดในด้านนี้ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์สามารถสร้างอุปกรณ์ฝังที่สามารถตรวจสอบระดับน้ำตาลกลูโคสและส่งสัญญาณเพื่อส่งอินซูลินเมื่อนักบินอวกาศอาจต้องการ

เพื่อความชัดเจนปั๊มอินซูลินแบบฝังไม่เหมือนกับปั๊มอินซูลินแบบเดิมในปัจจุบันที่ติดอยู่ในผิวหนังผ่านเข็มขนาดเล็กซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชุดยา แต่นี่เป็นหน่วยที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่ดูเหมือนลูกฮ็อกกี้โลหะขนาดเล็กที่ฝังในขั้นตอนการผ่าตัดลงในกระเป๋าของเนื้อเยื่อใต้ผิวหนังซึ่งจะส่งอินซูลินพื้นฐานผ่านทางสายสวน โดยทั่วไปจะให้อินซูลินเข้มข้นเป็นเวลาสามเดือนและสามารถเติมได้โดยไม่ต้องนำออกจากร่างกายโดยแพทย์ แบตเตอรี่สามารถใช้งานได้หลายปีก่อนที่จะต้องใช้ปั๊มฝังใหม่ ผู้ป่วยถือเครื่องควบคุมแบบไร้สายที่มีลักษณะคล้ายกับชุดปั๊มท่อ Medtronic แบบดั้งเดิมซึ่งใช้ในการตั้งโปรแกรมปริมาณยาลูกกลอนสำหรับอาหารและการแก้ไข

ฟังดูสวยดีใช่มั้ย?

แน่นอนว่าตอนนี้ประวัติศาสตร์บอกเล่าเรื่องราวว่าปั๊มอินซูลินที่ปลูกถ่ายได้นั้นไม่ใช่ทั้งหมดที่ NASA และผู้เชี่ยวชาญด้านโรคเบาหวานในอดีตคาดการณ์ไว้

เครื่องปั๊มอินซูลินแบบฝัง MiniMed เครื่องแรกได้รับการพัฒนาในปี 1986 แต่ไม่นานเกือบหนึ่งทศวรรษต่อมาที่อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการรับรองตามกฎข้อบังคับในยุโรป เนื่องจาก MiniMed ได้ปรับปรุงเทคโนโลยีทั้งในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลกผู้ป่วยจำนวนมากขึ้นจึงเริ่มใช้อุปกรณ์ดังกล่าว ในที่สุด MiniMed ก็เปิดตัวรุ่นใหม่ในปี 2000 ซึ่งมีการปรับปรุงหน่วยความจำและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น

ทุกอย่างเปลี่ยนไปเมื่อ Medtronic ซื้อ MiniMed ในปี 2544 และมีการปรับปรุงเพียงเล็กน้อยในปีต่อ ๆ ไป ในปี 2550 Medtronic ประกาศว่าจะยุติการวิจัยและพัฒนาทางคลินิกสำหรับแนวคิดปั๊มอินซูลินแบบฝังโดยสิ้นเชิง ซึ่งบังคับให้ผู้ใช้ค้นหาตัวเลือกการรักษาอื่น ๆ หรือเดินทางไปยังสถานที่ใดที่หนึ่งพวกเขาสามารถเติมอุปกรณ์หรือเปลี่ยนอุปกรณ์ได้ตามต้องการ วัสดุสิ้นเปลืองมี จำกัด มากขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อเวลาผ่านไปหลายปีเนื่องจาก Medtronic กำลังจัดหาอุปกรณ์ที่ฝังในต่างประเทศเพียงเล็กน้อยเท่านั้นแทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ปั๊มอินซูลินภายนอกและเทคโนโลยีวงปิด

ตอนนี้เราแจ้งว่า Medtronic อยู่ระหว่างการเจรจาเพื่อถ่ายโอน IP นั้นไปยัง PhysioLogic Devices ที่เริ่มต้นในซานดิเอโก Greg Peterson ซีอีโอของ บริษัท นั้นซึ่งเป็นผู้ฉีดอินซูลินแบบฝังตัวเองมาตั้งแต่ต้นยุค 90! - เข้ามาในช่วงต้นปี 2019 และกล่าวว่าพวกเขาอยู่ใน“ การติดตามหลายปีในการพัฒนาปั๊มอินซูลินแบบฝังที่ล้ำสมัยของเราซึ่งในรุ่นที่สองจะเชื่อมโยงผ่านอัลกอริทึมที่กำหนดเองของเราไปยังเครื่องตรวจวัดระดับน้ำตาลอย่างต่อเนื่อง” ด้วยการระดมทุนล่าสุดจาก JDRF และการประชุมกับคณะกรรมการวิจัยแห่งยุโรปเกี่ยวกับการดำเนินการวิจัยและพัฒนานี้ต่อไปทำให้ปีเตอร์สันมองโลกในแง่ดี

นั่นไม่ใช่เทคโนโลยีที่ได้จากอวกาศเพียงอย่างเดียวที่ยังคงมีให้เห็นในจักรวาลของโรคเบาหวานในปัจจุบัน ...

นวัตกรรมการห่อหุ้มเซลล์จากแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์

โครงการที่นาซาสร้างขึ้นที่น่าสนใจโครงการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการห่อหุ้มเซลล์เกาะเล็ก ๆ ซึ่งทำให้อดีตนักบินอวกาศและนักวิจัยโรคเบาหวานพบ บริษัท ของตัวเองโดยอาศัยการทำงานสามทศวรรษในพื้นที่นั้น ดร. เทย์เลอร์วังจากมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ในแนชวิลล์รัฐเทนเนสซีเริ่มทำงานเกี่ยวกับแผ่นแปะตับอ่อนเทียมชีวภาพที่เรียกว่า Encapsulife จากการสังเกตการณ์ในอวกาศเมื่อเดือนเมษายน พ.ศ. 2528

ใช่เขากำลังทำการวิจัยเรื่องแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์บนกระสวยอวกาศชาเลนเจอร์ผู้อาภัพ Wang กำลังมุ่งหน้าไปที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของ California Institute of Technology เมื่อเขาได้รับเลือกจาก NASA ให้ทำหน้าที่เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านน้ำหนักบรรทุกและเป็นหนึ่งในนักบินอวกาศเจ็ดคนในภารกิจ STS-51-B ที่มุ่งเน้นไปที่การวิจัยเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงในระดับจุลภาค ภารกิจนี้ทำให้เขากลายเป็นคนเชื้อสายจีนคนแรกที่ขึ้นสู่อวกาศ

สิ่งที่วังเห็นในอวกาศในส่วนของ "การเติบโตและประสิทธิภาพของแคปซูลโพลีเมอร์" นั้นมีลักษณะเฉพาะและเป็นรูปแบบตามที่นักวิจัยเช่น JDRF กล่าว เขาศึกษาว่ารูปทรงคล้ายทรงกลมที่หมุนได้นั้นทำงานอย่างไรในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์และพบว่าหยดน้ำจะเคลื่อนไปที่ศูนย์กลางของทรงกลมแทนที่จะเคลื่อนไปที่ขอบ จากการสังเกตนี้ในปี 1990 เขาได้สร้างระบบห่อหุ้มภูมิคุ้มกันแบบแยกส่วนที่ช่วยปกป้องเซลล์ที่มีชีวิตและช่วยให้พวกมันรักษาการทำงานของเซลล์ได้โดยไม่ต้องใช้ยาระงับภูมิคุ้มกันใด ๆ ที่มีผลข้างเคียงในทางลบมากมาย

แผ่นแปะ Encapsulife ถูกจินตนาการว่าเป็น "แพนเค้ก" สุดไฮเทคที่ประกอบด้วยแคปซูลโพลีเมอร์หลายชั้นซึ่งจะรวมตัวกันเป็นรูปร่างต่างๆเพื่อให้เหมาะกับพื้นที่ปลูกถ่าย เกี่ยวกับขนาดของเงินดอลลาร์มันจะถูกฝังไว้ใต้ผิวหนังโดยมีเซลล์เกาะเล็กเกาะน้อยที่มีชีวิตห่อหุ้มอยู่หลายหมื่นเซลล์ (ที่มาจากสุกรหรือเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวเต็มวัยของมนุษย์) มันจะช่วยปกป้องเกาะเล็กเกาะน้อยจากการโจมตีของภูมิคุ้มกันโดยอัตโนมัติต้อนรับกลูโคสในระบบทางเดินอาหารจากตับและกระตุ้นให้เกาะเล็กเกาะน้อยผลิตอินซูลินและหลั่งออกมาในระบบของผู้ป่วยเบาหวานโดยอัตโนมัติเช่นเดียวกับตับอ่อนที่ทำงานปกติ

คนใน Encapsulife กล่าวว่า "แคปซูลอวกาศ" เป็นการเปรียบเทียบที่ดีที่สุดสำหรับวิธีการทำงานของแพตช์นี้นั่นคือสิ่งมีชีวิตที่อยู่ภายในแคปซูลที่ลอยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรหรือต่างประเทศ

Wang ทำการศึกษารอบแรกที่ประสบความสำเร็จโดยใช้สัตว์ฟันแทะในช่วงทศวรรษที่ 90 และในทศวรรษต่อมาในปี 2550 เขาพบว่าสุนัขที่เป็นโรคเบาหวานสามารถถอดอินซูลินออกได้ด้วยน้ำตาลในเลือดที่อดอาหารตามปกติเป็นเวลานานถึงเจ็ดเดือน ล่าสุดในปี 2556 วังได้ทำงานร่วมกับดร. เจมส์มาร์คมันน์ที่โรงพยาบาลแมสซาชูเซตส์เพื่อใช้แผ่นแปะเซลล์ที่มีชีวิตเพื่อต่อต้านโรคเบาหวานในลิงขนาดเล็กโดยไม่ต้องใช้สารกดภูมิคุ้มกันใด ๆ

“ หากไม่มีกระสวยอวกาศของนาซ่า Spacelab 3 และการสนับสนุนการวิจัยเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงขนาดเล็กในช่วงต้นก็ไม่มีความก้าวหน้าทางการแพทย์ทางชีวภาพของเราพร้อมสัญญาว่าจะให้ประโยชน์ทางการแพทย์มหาศาลแก่มวลมนุษยชาติ” ดร. หวังบอกกับเราก่อนหน้านี้ .

เราไม่ได้เห็นสิ่งใหม่ ๆ จาก Encapsulife มากนักเนื่องจากได้รับสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกาในปี 2014 แต่เราได้รับแจ้งว่างานพัฒนายังคงดำเนินต่อไปและเมื่อต้นปีที่ผ่านมามีนายธนาคารวัยเกษียณอย่าง Larry Lux เข้ามาดำรงตำแหน่งประธานสตาร์ทอัพ เราหวังว่าจะได้เห็นสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป

การปลูกอินซูลินในอวกาศ?

โครงการที่เกิดจาก NASA ที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งคือการปลูกผลึกอินซูลินในอวกาศ

ย้อนกลับไปในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 มีการศึกษาเกี่ยวกับผลึกอินซูลินบนกระสวยอวกาศและเติบโตขึ้นในแบบที่ไม่เคยเห็นบนโลกมาก่อน ผลลัพธ์จากการทดลองการเติบโตของผลึกอินซูลินในอวกาศเมื่อปี พ.ศ. 2537 ได้ให้คำมั่นว่า "ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับโรคเบาหวาน" อาจเป็นการปูทางลดการฉีดอินซูลินโดยใช้สิ่งที่พัฒนาขึ้นในอวกาศ

“ ผลึกอินซูลินที่ปลูกในอวกาศได้ให้ข้อมูลใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนแก่เรา” นักวิจัยจากนิวยอร์กคนหนึ่งกล่าวในเวลานั้น “ ด้วยเหตุนี้เราจึงมีภาพอินซูลินที่มีรายละเอียดมากขึ้น”

ข้อมูลใหม่ที่รวบรวมมานี้จะถูกนำไปใช้ในการพัฒนา "การรักษาด้วยอินซูลินแบบใหม่สำหรับการควบคุมโรคเบาหวาน" ที่ศูนย์วิจัยในเบอร์มิงแฮมรัฐอัลลาเนียซึ่งได้ร่วมมือกับ Center for Macromolecular Crystallography ซึ่งเป็น NASA Commercial Space Center เป็นหนึ่งในศูนย์อวกาศเชิงพาณิชย์ 10 แห่งของ NASA ที่บริหารโดยสำนักงานพัฒนาผลิตภัณฑ์อวกาศภายในสำนักงานโครงการวิจัย Microgravity ที่ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลของ NASA

อนิจจาแม้จะมีหัวข้อข่าวที่น่าสนใจ แต่อินซูลินชนิดใหม่ที่ได้จากผลึกที่ปลูกในอวกาศเหล่านี้ก็ไม่เคยปรากฏขึ้นมา อย่างไรก็ตาม NASA ยืนยันว่างานวิจัยนี้ช่วยให้เข้าใจถึงการทำงานของอินซูลินและผลกระทบต่อสุขภาพได้ดีขึ้นซึ่งส่วนหนึ่งสามารถช่วยให้พวกเขาเตรียมพร้อมสำหรับภารกิจของมนุษย์ที่ขยายตัวสู่อวกาศ

ดังที่ NASA กล่าวไว้:“ โอกาสในการวิจัยที่ไม่เหมือนใครเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมของอวกาศมีไว้เพื่อสนับสนุนให้อุตสาหกรรมเอกชนใช้ประโยชน์จากการวิจัยในอวกาศเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์หรือบริการใหม่ ๆ ”

ทั้งหมดนี้เป็น Star Trek (หรือ Buzz Lightyear ถ้าคุณต้องการ) แต่ก็มีเหตุผลเช่นกัน ยกตัวอย่างการศึกษาของ NASA Twin ในปี 2019 ที่เปิดเผยผลการวิจัยใหม่เกี่ยวกับโรคเบาหวานและโรคไต

ใครจะคิด? ขอขอบคุณ NASA จาก Earthlings ที่เป็นโรคเบาหวานสำหรับการมีส่วนร่วมอย่างต่อเนื่อง

สู่ความเวิ้งว้างอันไกลโพ้น!