ناسا لتكنولوجيا الفضاء ومرض السكري

ما هو القاسم المشترك بين تكنولوجيا الفضاء التابعة لوكالة ناسا ومرض السكري؟ كثير جدا ، في الواقع.

كان الارتباط بين وكالة ناسا وتكنولوجيا مرض السكري موضوعًا بارزًا في الاجتماع السنوي الأخير لجمعية تكنولوجيا مرض السكري الذي عقد في 14-16 نوفمبر في بيثيسدا ، ماريلاند. في ذلك التجمع # 2019DTM ، قام طبيب من ناسا بتلخيص بعض التداخلات التقنية الأكثر بروزًا على مر السنين ، وتحدث عن المشاريع الحالية.

قال الدكتور فيكتور شنايدر ، المسؤول الطبي البحثي في ​​برنامج ناسا للأبحاث الطبية الحيوية والإجراءات المضادة في واشنطن العاصمة: "قد تتساءل عما تفعله ناسا هنا ، وكيف تتلاءم المساحة ومرض السكري معًا". الاهتمام بمرض السكري والتكنولوجيا لفترة طويلة ، لأنه كانت هناك تطبيقات محددة تنطبق على مرض السكري والصحة الشخصية ، وهذا أمر مهم ونحن نستعد لهذه المهام ".

تستكشف ناسا بنشاط التقنيات المتعلقة بالصحة لأنها تتصور بعثات يقودها الإنسان إلى القمر في عام 2024 وإلى المريخ بحلول عام 2035 ، كجزء من توجيهها الجديد لسياسة الفضاء الذي يدعو إلى التوسع البشري في النظام الشمسي. يهدف بحثهم إلى تجهيز رواد الفضاء والمركبات الفضائية بشكل أفضل للمهام المستقبلية.

تاريخ وكالة ناسا ومرض السكري

لسوء الحظ ، لا يزال من المستحيل على الأشخاص المصابين بداء السكري المعتمد على الأنسولين أن يصبحوا رواد فضاء ، على الرغم من أنه يمكنهم بالتأكيد العمل في أدوار ناسا الأخرى ، مثل التحكم في الطيران.

ولكن على مدار العقود العديدة الماضية ، شهدنا تطبيقات مثيرة لتقنية وكالة ناسا المطبقة على عالم مرض السكري - بدءًا من الجاذبية الصغرى في الفضاء التي تؤثر على تكوين الأنسولين ، إلى أجهزة مراقبة الجلوكوز المستمرة المستخدمة لمراقبة صحة رواد الفضاء والقياسات الحيوية ، إلى تغليف الجزر ومضخات الأنسولين القابلة للزرع التي تم تكييفها من تصميم المركبات الفضائية.

معلومة تاريخية مثيرة للاهتمام: منذ 33 عامًا في الأسبوع الماضي (في 10 نوفمبر 1986) ، وجدت إحدى تقنيات مرض السكري المدعومة من وكالة ناسا - مضخة الأنسولين القابلة للزرع التي طورتها MiniMed - طريقها إلى أول مريض بشري.

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، شاركت وكالة ناسا علنًا في بحث يشمل مقاومة الهرمونات المرتبطة بمرض السكري وصولًا إلى البروتينات المستهدفة لتصميم دواء السكري.

في عام 2006 ، أعلن إعلان صحفي أن: "ناسا والجامعات تنضم لمحاربة مرض السكري". ركز العمل في جامعة جورج واشنطن وجامعة كورنيل على تحليل الصور المجهرية الإلكترونية (صور من مجهر إلكتروني) لخلايا بيتا المأخوذة من الفئران واستجابة الخلايا للجلوكوز.

وفي عام 2012 ، حصل العمل على خيال علمي بالفعل ، مع مشاريع مثل الهاتف المحمول الذي يمكنه اكتشاف مرض السكري من أنفاسك.

"مضخة الأنسولين في عصر الفضاء"

هل تعلم أن تقنية مضخة الأنسولين القابلة للزرع المبكرة جاءت من أعمال البحث والتطوير في وكالة ناسا وأنظمة الفضاء العسكرية؟ نعم ، كان ما يسمى بنظام الدواء القابل للزرع القابل للبرمجة عبارة عن نظام تحكم في السوائل متناهية الصغر صغير جدًا تم استخدامه في البداية في تجارب البحث عن الحياة حول اثنتين من مهمات المركبة الفضائية Mars Viking في السبعينيات. شعرت وسائل الإعلام بسعادة غامرة بهذا ، حيث تم تشغيل ميزات مثل "مضخة الأنسولين Space-Age يمكن أن تصبح رافعًا لمرضى السكر" المنشورة في شيكاغو تريبيون في 20 نوفمبر 1986.

بينما كانوا يستكشفون كيفية السفر لمسافات أبعد في الفضاء والتغلب على تحديات مراقبة صحة رواد الفضاء ، لجأ باحثو ناسا إلى هذا النوع من التكنولوجيا لمراقبة العلامات الحيوية - والتي امتدت في النهاية إلى تطوير التكنولوجيا المدنية لمضخة الأنسولين القابلة للزرع. في وقت لاحق ، ونتيجة لعمل مركز جودارد لرحلات الفضاء في هذا المجال ، تمكن الخبراء الطبيون من إنشاء أجهزة قابلة للزرع يمكنها مراقبة مستويات الجلوكوز وإرسال إشارات لتوصيل الأنسولين عندما يحتاجه رائد الفضاء.

للتوضيح ، فإن مضخة الأنسولين القابلة للزرع ليست هي نفسها مضخات الأنسولين التقليدية الموجودة حاليًا والتي يتم لصقها في الجلد عبر إبرة صغيرة تشكل جزءًا من مجموعة الحقن. بدلاً من ذلك ، هذه وحدات صغيرة تعمل بالبطارية تشبه قرص هوكي معدني صغير ، يتم زرعها في إجراء جراحي في جيب من الأنسجة تحت الجلد ، حيث يتم توصيل الأنسولين الأساسي عبر القسطرة. بشكل عام ، يحمل كمية كافية من الأنسولين المركز لمدة ثلاثة أشهر ، ويمكن إعادة ملئه دون إزالته من الجسم من قبل الطبيب. يمكن أن تدوم البطاريات عدة سنوات قبل الحاجة إلى مضخة جديدة قابلة للزرع. يحمل المريض وحدة تحكم لاسلكية تشبه وحدة المضخة الأنبوبية التقليدية من Medtronic ، والتي تُستخدم لبرمجة جرعات البلعة للطعام والتصحيحات.

يبدو رائعًا ، أليس كذلك؟

بالطبع ، يروي التاريخ الآن قصة كيف لم تكن مضخة الأنسولين القابلة للزرع هي كل ما توقعته وكالة ناسا وخبراء السكري في الماضي.

تم تطوير أول مضخة أنسولين MiniMed قابلة للزرع في عام 1986 ، ولكن لم يحصل الجهاز إلا بعد ما يقرب من عقد من الزمان على الموافقة التنظيمية في أوروبا. مع قيام MiniMed بتحسين تقنيتها هنا في الولايات المتحدة وعلى مستوى العالم ، بدأ المزيد من المرضى في استخدام الأجهزة. أصدرت MiniMed أخيرًا طرازات جديدة في عام 2000 أدت إلى تحسين الذاكرة وعمر بطارية أطول.

تغير كل شيء عندما اشترت Medtronic MiniMed في عام 2001 ، ولم يتم إجراء سوى الحد الأدنى من التحسينات في السنوات التالية. في عام 2007 ، أعلنت شركة مدترونيك أنها ستتوقف تمامًا عن البحث والتطوير السريري لمفهوم مضخة الأنسولين القابلة للزرع. أجبر ذلك المستخدمين على البحث عن خيارات علاجية أخرى ، أو السفر إلى مكان يمكنهم فيه إعادة تعبئة الجهاز ، أو استبداله حسب الحاجة. أصبحت الإمدادات محدودة بشكل متزايد مع مرور السنين ، حيث تقوم Medtronic بتزويد عدد صغير فقط من هذه الأجهزة القابلة للزرع دوليًا ، وبدلاً من ذلك تركز على مضخات الأنسولين الخارجية وتقنية الحلقة المغلقة.

قيل لنا الآن أن Medtronic تجري محادثات لنقل عنوان IP هذا إلى شركة PhysioLogic Devices في سان دييغو. الرئيس التنفيذي لتلك الشركة جريج بيترسون - وهو نفسه مضخة الأنسولين القابلة للزرع منذ أوائل التسعينيات! - تولى المسؤولية في أوائل عام 2019 ويقول إنهم على مسار "متعدد السنوات لتطوير مضخة الأنسولين الحديثة القابلة للزرع والتي ، في الجيل الثاني ، سيتم ربطها عبر خوارزميتنا المخصصة بجهاز مراقبة الجلوكوز المستمر." مع التمويل الأخير من JDRF والاجتماع مع لجنة البحوث الأوروبية حول مواصلة هذا البحث والتطوير ، فإن بيترسون متفائل.

هذه ليست التقنية الوحيدة المشتقة من الفضاء التي لا تزال موجودة اليوم في عالم مرض السكري ، بالطبع ...

ابتكارات تغليف الخلايا من انعدام الجاذبية

يتضمن أحد المشاريع الرائعة التي أنشأتها وكالة ناسا تغليف الخلايا الجزيرية ، مما أدى إلى قيام رائد فضاء سابق وباحث في مرض السكري بتأسيس شركته الخاصة بناءً على ثلاثة عقود من العمل في هذا المجال. بدأ الدكتور تايلور وانغ في جامعة فاندربيلت في ناشفيل بولاية تينيسي عمله على رقعة بنكرياس حيوية اصطناعية تُعرف باسم إنكابسولايف بناءً على ملاحظاته في الفضاء في أبريل 1985.

نعم ، كان يقوم فعليًا بإجراء بحث في انعدام الجاذبية على متن مكوك الفضاء تشالنجر المشؤوم. كان وانج يترأس مختبر الدفع النفاث التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا عندما اختارته ناسا ليكون متخصصًا في الحمولة وأحد رواد الفضاء السبعة في مهمة STS-51-B لمدة أسبوع تركز على أبحاث الجاذبية الصغرى. جعلته هذه المهمة أول شخص من أصل صيني يذهب إلى الفضاء.

ما رآه وانغ في الفضاء في مجال "نمو وأداء كبسولات البوليمر" كان فريدًا وتكوينيًا ، وفقًا لمراقبي الأبحاث مثل JDRF. درس كيف تتصرف الأشكال الشبيهة بالكرة الدوارة في انعدام الجاذبية ووجد أن قطرات الماء ستهاجر إلى مركز الكرات بدلاً من التحرك نحو الحواف. بناءً على هذه الملاحظة ، ابتكر في التسعينيات نظام تغليف للعزل المناعي يحمي الخلايا الحية ويسمح لها بالحفاظ على وظائفها الخلوية ، دون الحاجة إلى أي عقاقير مثبطة للمناعة لها الكثير من الآثار الجانبية السلبية.

تم تصور التصحيح Encapsulife على أنه "فطيرة" عالية التقنية مكونة من كبسولات بوليمر متعددة الطبقات تتشكل في أشكال مختلفة لتناسب مضيف الزرع. حول حجم الدولار الفضي ، سيتم زرعه تحت الجلد ، بحيث يحتوي على عشرات الآلاف من خلايا الجزر الحية المغلفة (مصدرها الخنازير أو الخلايا الجذعية البشرية البالغة). سيحمي الجزر الصغيرة من أي هجوم مناعي ذاتي ، ويرحب بالجلوكوز الهضمي من الكبد ويحفز الجزر لإنتاج الأنسولين وإفرازه تلقائيًا في نظام الشخص المصاب بالسكري - تمامًا مثل البنكرياس العادي.

يقول أهل إنكابسولايف إن "كبسولة الفضاء" هي في الحقيقة أفضل تشبيه لكيفية عمل هذا التصحيح: كائن حي داخل الكبسولة يطفو في بيئة معادية أو أجنبية.

أجرى وانج الجولة الأولى من الدراسات الناجحة باستخدام القوارض في التسعينيات ، وبعد عقد من الزمان في عام 2007 ، وجد أن الكلاب المصابة بداء السكري يمكن أن تأخذ الأنسولين مع سكريات الدم الصيام العادية لمدة تصل إلى سبعة أشهر. في الآونة الأخيرة في عام 2013 ، عمل وانج مع الدكتور جيمس ماركمان في مستشفى ماساتشوستس العام لاستخدام رقعة الخلايا الحية لمواجهة مرض السكري في القرود الصغيرة دون أي مثبطات مناعية.

قال لنا الدكتور وانج سابقًا: "لولا مكوك ناسا ، سبيس لاب 3 ، والدعم المبكر لأبحاث الجاذبية الدقيقة ، لم يكن من الممكن أن يتحقق أي من تقدمنا ​​في الطب الحيوي ، مع وعد بتقديم فوائد طبية هائلة للبشرية". .

لم نشهد الكثير من الجديد من Encapsulife منذ حصولها على براءة اختراع أمريكية في عام 2014 ، ولكن قيل لنا إن أعمال التطوير مستمرة ، وفي وقت سابق من هذا العام تولى مصرفي متقاعد - لاري لوكس - منصب رئيس الشركة الناشئة. نحن نتطلع إلى رؤية ما سيأتي بعد ذلك.

تزايد الأنسولين في الفضاء الخارجي؟

مشروع آخر رائع قامت به وكالة ناسا هو زراعة بلورات الأنسولين في الفضاء.

في أواخر التسعينيات ، كانت هناك قصص حول بلورات الأنسولين التي تمت دراستها على مكوك فضائي ونمت بطرق لم نشاهدها على كوكب الأرض من قبل.وعدت نتائج تجربة نمو بلورات الأنسولين عام 1994 في الفضاء "بفهم جديد لمرض السكري" ، مما يمهد الطريق لتقليل حقن الأنسولين باستخدام ما تم تطويره في الفضاء الخارجي.

قال أحد الباحثين في نيويورك في ذلك الوقت: "لقد وفرت لنا بلورات الأنسولين المزروعة في الفضاء معلومات جديدة لم يسبق لها مثيل". "نتيجة لذلك ، لدينا الآن صورة أكثر تفصيلاً عن الأنسولين."

كان من المقرر استخدام المعلومات الجديدة التي تم الحصول عليها في تطوير "علاج إنسولين علاجي جديد للسيطرة على مرض السكري" في مركز أبحاث في برمنغهام ، ألبرتس ، والذي شارك مع مركز علم البلورات الجزيئي ، وهو مركز ناسا التجاري للفضاء. كان أحد مراكز الفضاء التجارية العشرة التابعة لناسا والتي يديرها مكتب تطوير المنتجات الفضائية داخل مكتب برنامج أبحاث الجاذبية الصغرى في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا.

للأسف ، على الرغم من هذه العناوين الواعدة ، لم يتجسد نوع جديد من الأنسولين المشتق من تلك البلورات المزروعة في الفضاء. ومع ذلك ، تصر وكالة ناسا على أن هذا البحث أتاح فهمًا أفضل لكيفية عمل الأنسولين وتأثيره على الصحة ، والذي يمكن أن يساعدهم جزئيًا في الاستعداد لمهام بشرية موسعة في الفضاء.

كما تقول وكالة ناسا: "يتم توفير فرص بحثية فريدة لبيئة الفضاء لتشجيع الصناعات الخاصة على استغلال فوائد الأبحاث الفضائية لتطوير منتجات أو خدمات جديدة."

إنها Star Trek (أو Buzz Lightyear إذا رغبت في ذلك) ، ولكنها أيضًا متأصلة جدًا. خذ على سبيل المثال دراسة NASA Twin الحالية لعام 2019 والتي كشفت عن نتائج جديدة بشأن مرض السكري وأمراض الكلى.

من كان يظن؟ شكراً جزيلاً لناسا من أبناء الأرض المصابين بالسكري لمساهماتهم المستمرة.

إلى ما لا نهاية وما بعدها!