Qu'est-ce que la technologie spatiale de la NASA et le diabète ont en commun? Beaucoup, en fait.
Le lien entre la NASA et la technologie du diabète a été un sujet d'actualité lors de la récente réunion annuelle de la Diabetes Technology Society qui s'est tenue du 14 au 16 novembre à Bethesda, dans le Maryland. Lors de ce rassemblement # 2019DTM, un médecin de la NASA a récapitulé certains des chevauchements technologiques les plus notables au fil des ans et a parlé des projets en cours.
"Vous vous demandez peut-être ce que fait la NASA ici, et comment l'espace et le diabète s'associent", a déclaré le Dr Victor Schneider, médecin de recherche pour le programme de recherche biomédicale et de contre-mesures de la NASA à Washington DC. "La NASA est une organisation technologique, et nous avons eu un intérêt pour le diabète et la technologie depuis longtemps, car il y a eu des applications spécifiques qui se sont appliquées au diabète et à la santé personnelle, et c'est important alors que nous nous préparons à ces missions.
La NASA explore activement les technologies liées à la santé alors qu'elle envisage des missions dirigées par l'homme sur la Lune en 2024 et sur Mars d'ici 2035, dans le cadre de sa nouvelle directive sur la politique spatiale appelant à l'expansion humaine du système solaire. Leurs recherches visent à mieux équiper les astronautes et les engins spatiaux pour les futures missions.
Histoire de la NASA et du diabète
Malheureusement, il est toujours impossible pour les personnes atteintes de diabète insulino-dépendant de devenir astronautes, même si elles peuvent certainement travailler dans d'autres rôles de la NASA, comme en tant que contrôleurs de vol.
Mais au cours des dernières décennies, nous avons vu des applications passionnantes de la technologie de la NASA appliquées au monde du diabète - de la microgravité spatiale influençant la création d'insuline, aux glucomètres en continu utilisés pour surveiller la santé et la biométrie des astronautes, à l'encapsulation d'îlots et aux pompes à insuline implantables qui ont été adaptés de la conception des engins spatiaux.
Information historique intéressante: il y a en fait 33 ans la semaine dernière (le 10 novembre 1986), l'une des technologies du diabète soutenues par la NASA - une pompe à insuline implantable développée par MiniMed - a trouvé son chemin dans le premier patient humain.
Au début des années 2000, la NASA était publiquement impliquée dans la recherche couvrant la résistance aux hormones liée au diabète jusqu'à des protéines ciblées pour la conception de médicaments contre le diabète.
En 2006, un communiqué de presse vantait: «La NASA et les universités se joignent pour lutter contre le diabète.» Les travaux de l’Université George Washington et de l’Université Cornell se sont concentrés sur l’analyse de microphotographies électroniques (images provenant d’un microscope électronique) de cellules bêta de rats et de la réponse des cellules au glucose.
Et en 2012, le travail est devenu très science-fiction, avec des projets comme un téléphone portable qui pourrait détecter le diabète à partir de votre souffle.
«Pompe à insuline Space-Age»
Saviez-vous que les premières technologies de pompes à insuline implantables provenaient de travaux de R&D sur la NASA et les systèmes spatiaux militaires? Oui, le soi-disant système de médication implantable programmable était un minuscule système de contrôle des fluides micro-miniaturisé qui avait été initialement utilisé dans des expériences de recherche de vie autour de deux des missions de l'engin spatial Mars Viking dans les années 70. Les médias ont été ravis de cela, des fonctionnalités telles que cette "pompe à insuline de l'ère spatiale pourrait devenir un atout pour les diabétiques", publiée dans le Chicago Tribune le 20 novembre 1986.
Alors qu'ils exploraient comment voyager plus loin dans l'espace et surmonter les défis de la surveillance de la santé des astronautes, les chercheurs de la NASA se sont tournés vers ce type de technologie pour surveiller les signes vitaux - et cela s'est finalement répercuté sur le développement technologique civil de cette pompe à insuline implantable. Plus tard, grâce au travail du Goddard Space Flight Center dans ce domaine, des experts médicaux ont pu créer des dispositifs implantables capables de surveiller les niveaux de glucose et d'envoyer des signaux pour administrer de l'insuline lorsqu'un astronaute pourrait en avoir besoin.
Pour clarifier, une pompe à insuline implantable n'est pas la même que les pompes à insuline traditionnelles d'aujourd'hui qui sont collées dans la peau via une petite aiguille qui fait partie d'un ensemble de perfusion. Il s'agit plutôt d'une petite unité alimentée par batterie qui ressemble à une petite rondelle de hockey en métal, implantée lors d'une intervention chirurgicale dans une poche de tissu sous la peau, où elle délivre de l'insuline basale via un cathéter. En règle générale, il contient un approvisionnement de trois mois d'insuline concentrée et peut être rempli sans le retirer du corps par un médecin. Les batteries peuvent durer plusieurs années avant qu’une nouvelle pompe implantable ne soit nécessaire. Le patient porte un contrôleur sans fil qui ressemble à une unité de pompe tubulaire Medtronic traditionnelle, utilisé pour programmer les doses de bolus pour les aliments et les corrections.
Ça a l'air plutôt cool, non?
Bien sûr, l’histoire raconte maintenant comment la pompe à insuline implantable n’était pas tout ce qu’elle avait prévu par la NASA et les experts du diabète d’antan.
La première pompe à insuline implantable MiniMed a été développée en 1986, mais ce n'est que près d'une décennie plus tard que le dispositif a reçu l'approbation réglementaire en Europe. Au fur et à mesure que MiniMed améliorait sa technologie ici aux États-Unis et dans le monde, de plus en plus de patients ont commencé à utiliser les appareils. MiniMed a finalement sorti de nouveaux modèles en 2000 qui avaient amélioré la mémoire et une plus longue durée de vie de la batterie.
Tout a changé lorsque Medtronic a acheté MiniMed en 2001, et seules des améliorations minimes ont été apportées dans les années suivantes. En 2007, Medtronic a annoncé qu'elle cesserait complètement sa R&D clinique pour le concept de pompe à insuline implantable. Cela a forcé les utilisateurs soit à trouver d'autres options de traitement, soit à voyager quelque part où ils pourraient faire recharger l'appareil ou le remplacer au besoin. Les approvisionnements sont devenus de plus en plus limités au fil des années, car Medtronic ne fournit qu'un petit nombre de ces dispositifs implantables à l'échelle internationale, se concentrant plutôt sur ses pompes à insuline externes et sa technologie en boucle fermée.
On nous dit maintenant que Medtronic est en pourparlers pour transférer cette adresse IP à la start-up PhysioLogic Devices de San Diego. Le PDG de cette société, Greg Peterson, lui-même un injecteur d'insuline implantable depuis le début des années 90! - a pris le relais au début de 2019 et déclare être sur une «voie pluriannuelle pour développer notre pompe à insuline implantable de pointe qui, en deuxième génération, sera reliée via notre algorithme personnalisé à un glucomètre continu.» Avec un financement récent de la FRDJ et une réunion avec le Comité européen de la recherche sur la poursuite de cette R&D, Peterson est optimiste.
Ce n’est bien sûr pas la seule technologie dérivée de l’espace que l’on voit encore aujourd'hui dans l’univers du diabète…
Innovations d'encapsulation cellulaire à partir de l'apesanteur
Un projet fascinant généré par la NASA concerne l'encapsulation de cellules d'îlots, ce qui a conduit un ancien astronaute et chercheur sur le diabète à fonder sa propre entreprise sur la base de trois décennies de travail dans ce domaine. Le Dr Taylor Wang de l'Université Vanderbilt à Nashville, TN, a commencé ses travaux sur un patch pancréatique bio-artificiel connu sous le nom d'Encapsulife sur la base de ses observations d'avril 1985 dans l'espace.
Oui, il faisait littéralement des recherches en apesanteur à bord de la malheureuse navette spatiale Challenger. Wang était à la tête du laboratoire de propulsion à réaction du California Institute of Technology lorsqu'il a été choisi par la NASA pour servir de spécialiste de la charge utile et l'un des sept astronautes pour une mission STS-51-B d'une semaine axée sur la recherche en microgravité. Cette mission a fait de lui la première personne d'origine chinoise à se rendre dans l'espace.
Ce que Wang a vu dans l'espace dans le domaine de la «croissance et de la performance des capsules de polymère» était unique et formateur, selon des observateurs de la recherche comme la FRDJ. Il a étudié le comportement des formes sphériques en rotation en apesanteur et a découvert que les gouttelettes d'eau migreraient vers le centre des sphères plutôt que de se déplacer vers les bords. Sur la base de cette observation, dans les années 1990, il a créé un système d'encapsulation par immuno-isolement qui protège les cellules vivantes et leur permet de maintenir leur fonction cellulaire, sans avoir besoin de médicaments d'immuno-suppression qui ont tant d'effets secondaires négatifs.
Le patch Encapsulife a été conçu comme une «crêpe» de haute technologie composée de capsules de polymère multicouche qui prendraient différentes formes pour s'adapter à l'hôte de la greffe. Environ la taille d'un dollar en argent, il serait implanté sous la peau, contenant des dizaines de milliers de cellules d'îlots vivantes encapsulées (provenant de porcs ou de cellules souches humaines adultes). Il protégerait les îlots de toute attaque auto-immune, accueillant le glucose digestif du foie et stimulant les îlots à produire de l’insuline et à la sécréter automatiquement dans le système de la personne diabétique - tout comme un pancréas qui fonctionne normalement.
Les gens d'Encapsulife disent qu'une «capsule spatiale» est vraiment la meilleure analogie du fonctionnement de ce patch: un être vivant à l'intérieur de la capsule qui flotte dans un environnement hostile ou étranger.
Wang a réalisé la première série d'études réussies sur des rongeurs dans les années 90, et une décennie plus tard en 2007, il a découvert que les chiens diabétiques pouvaient être retirés de l'insuline avec une glycémie à jeun normale pendant sept mois. Plus récemment, en 2013, Wang a travaillé avec le Dr James Markmann du Massachusetts General Hospital pour utiliser le patch de cellules vivantes pour lutter contre le diabète chez les petits singes sans immuno-suppresseurs.
«Sans la navette de la NASA, le Spacelab 3 et le soutien précoce à la recherche en microgravité, aucune de nos avancées biomédicales, prometteuses de fournir d'énormes avantages médicaux à l'humanité, ne se serait concrétisée», nous a dit le Dr Wang précédemment. .
Nous n'avons pas vu grand-chose de nouveau de la part d'Encapsulife depuis qu'elle a obtenu un brevet américain en 2014, mais on nous dit que le travail de développement se poursuit, et plus tôt cette année, un banquier à la retraite - Larry Lux - a pris la présidence de la startup. Nous avons hâte de voir ce qui va suivre.
Faire pousser de l'insuline dans l'espace?
Un autre projet fascinant de la NASA était la culture de cristaux d'insuline dans l'espace.
À la fin des années 90, il y avait des histoires sur des cristaux d'insuline étudiés sur une navette spatiale et cultivés d'une manière qui n'avait jamais été vue sur la planète Terre auparavant. Les résultats d'une expérience de croissance des cristaux d'insuline dans l'espace en 1994 ont promis une «nouvelle compréhension du diabète», ouvrant potentiellement un moyen de réduire les injections d'insuline en utilisant ce qui a été développé dans l'espace.
«Les cristaux d'insuline produits dans l'espace nous ont fourni de nouvelles informations inédites», a déclaré à l'époque un chercheur new-yorkais. «En conséquence, nous avons maintenant une image beaucoup plus détaillée de l'insuline.»
Les nouvelles informations glanées devaient être utilisées dans le développement d'un «nouveau traitement d'insuline thérapeutique pour le contrôle du diabète» dans un centre de recherche à Birmingham, AL, qui s'était associé au Center for Macromolecular Crystallography, un centre spatial commercial de la NASA. Il s’agissait de l’un des 10 centres spatiaux commerciaux de la NASA gérés par le Bureau de développement de produits spatiaux au sein du Bureau du programme de recherche en microgravité du Marshall Space Flight Center de la NASA.
Hélas, malgré ces gros titres prometteurs, un nouveau type d'insuline dérivé de ces cristaux spatiaux ne s'est jamais matérialisé. Pourtant, la NASA insiste sur le fait que cette recherche a permis de mieux comprendre le fonctionnement de l'insuline et son impact sur la santé, ce qui peut en partie les aider à se préparer à des missions humaines élargies dans l'espace.
Comme le dit la NASA: «Des opportunités de recherche uniques sur l'environnement spatial sont mises à disposition pour encourager les industries privées à exploiter les avantages de la recherche spatiale pour développer de nouveaux produits ou services.»
Tout cela est très Star Trek (ou Buzz Lightyear si vous voulez), mais aussi très ancré. Prenons par exemple cette étude NASA Twin en cours de 2019 qui a révélé de nouvelles découvertes sur le diabète et les maladies rénales.
Qui aurait pensé? Un grand merci à la NASA de Earthlings with Diabetes pour leurs contributions continues.
Vers l'infini et au-delà!
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