長期間の長期間の空間探索の追求は、国際宇宙ステーション(ISS)を乗り越え、アーテミスの月間ミッションとマーズへの対事乗組員の航海を近づけるまで、新しい医療技術の世代を要求します。最も有望なイノベーションの中では、人工膵臓であり、血液のブドウ糖レベルを自動的に調整するように設計されたクローズドループシステムです。もともと地球上の糖尿病を管理するために開発され、この技術は、地球上の大気資源の保全に変化する可能性を秘めています。そして、彼らは、その人体に制限を増大させる必要があります。

地球軌道を超えて自動グルコース管理のための不可欠

歴史的に、NASAなどの宇宙機関は、マイクログラヴィティにおけるインスリンの管理の複雑さによる長期的使命の危機からインシュリン依存糖尿病を含む乗組員を除外しました。 しかし、商業的な宇宙飛行が拡大し、ミッションが長く成長するにつれて、宇宙旅行者の人口統計は変化しています。 糖尿病性アストロンガは、宇宙飛行中にグルコース代謝の重要な変化を経験しています。 研究者は、マイクログロスリンの増殖や障害が増加するにつれて、筋肉の増殖や筋肉の危険性の変化に影響を及ぼすことが起こり、異常な症状や異常が生じる可能性があることを示しました。

必要性は、マーズのミッションのためのさらに急性になります。 それぞれの方法の6〜9ヶ月の移行時間、1年を超える表面滞在と相まって、乗組員は最大20分の通信遅延のために地上ベースの医療サポートに依存できないことを意味します。 手動グルコース監視とインシュリン調整は、すでに複数の重要なタスクを管理しているアストロノウツに不受容性の認知負担を置くことになります。 バックグラウンドで継続的に動作する完全に自律的なシステムが、単に安全ではありません - 安全ではありません。

クローズドループシステムコアコンポーネント

人工知能膵臓、閉鎖ループインシュリンデリバリーシステムとも呼ばれ、連続グルコースモニター(CGM)、インシュリンポンプ、制御アルゴリズムの3つのコアコンポーネントを組み合わせています。 CGMは、数分間の断層グルコースレベルを測定し、スマートフォンや専用デバイスをコントローラーにワイヤレスでデータを送信します。このアルゴリズムは、これらの読書を処理します。そして、ポンプを指示し、急流インシュリンを正確に処理し、ターゲットを正確に把握し、ターゲットを正確に調整するだけでなく、gcreaを正確に調整することも可能です。

地球上では、Medtronic MiniMed 670G や Tandem t:slim X2 などの商用システムが、Control-IQ で優れた糖質的結果が実証されています。従来のポンプ療法や複数の毎日の注射と比較して、優れた糖質的結果が実証されています。しかし、これらの消費装置をスペースに適応させるには、起動振動、放射線、マイクログラビティ、限られた再供給に耐えるために、すべてのコンポーネントを再考する必要があります。

マイクログラビティの生理学的ハルドレス

皮下インシュリンの高度の薬学

マイクログラビティ、ボディリー流体は頭に向かってシフトセファラドをシフトします。脚の静脈プールを減らし、中央の血量を増加させます。この再配布は、皮下投与インシュリンの吸収とクリアランスを変更します。パラボリックフライトの実験とISSの調査は、インシュリンの薬効能が変化し、ピークアクション時間と期間の潜在的な差が変化する可能性があることを示しています。例えば、吸収率が、または、現地の注入を加速するか、または調整されていない方法では、これらのアルゴリズムを予測し、これらのデータを容易に測定することができます。

Microgravityの下の連続的なブドウ糖のモニターの正確さ

CGMは、皮下組織の間接流体におけるグルコースを測定します。マイクログラヴィティでは、重力駆動の対流が欠乏しているため、間接流体の動体が変化する可能性があります。これにより、血糖変化と間接グルコース読書の間の時間ラグを変更できます。ループ性能の重要な要因です。また、センサーのインサートは、皮膚の緊張を低減し、腐敗を自動で低減する可能性があります。これらは、研究者が再確認するのに十分な効果が期待されています。しかし、これらの実験は、これらの実験を阻害する実験を試みることは、これらの実験を抑制するために必要とされます。

液液状シフトとグルコース分布

注射液の吸収を超えて、グルコースの全体的な分布とその微小重力の変化からのクリアランス。 中央流体の拡張は、血流と腎機能が変化し、グルコースの生産と排泄に影響を与えることができます。 偽造血症に対する対立性ホルモン反応は、変化した自律神経系機能のために鈍化される可能性があります。 人工膵臓は、したがって、より広い範囲の代謝状態に固執する必要があります より 地球の適応症は、より遠くに適応するよりも、より効果的に適応するアルゴリズムが、よりはるかに多くあります。 適応する 副作用は、よりはるかに多くの人体内の応答が、より効果的に学習する可能性があります。

深層空間信頼性のためのエンジニアリングチャレンジ

電子機器や生物的に対する放射線の影響

銀河宇宙線、太陽光粒子イベント、およびトラップ放射線ベルトで構成された宇宙放射線環境は、二重の脅威を発生させます。電子機器の場合、高エネルギー粒子は、単一の出現のアップセット、ラッチアップ、およびコンポーネントの段階的な劣化を引き起こす可能性があります。 CGMおよびインシュリンポンプは、放射線硬化型電子機器の設計やシールドおよび冗長性を採用する必要があります。 市販の消費者デバイスは、放射線照射の配列ではなく、従来の3週間以内に発生する可能性のある放射線量や、または特定の領域の欠陥が要求される可能性があります。

生物学的組織のために、放射線は酸化ストレスを増加させ、膵臓のベータ細胞を損傷させることができ、潜在的に糖尿病を悪化させる可能性があります。 宇宙で使用される人工膵臓は、したがって、ハードウェアの故障に対して強固であり、内因性インシュリン産生の進行的損失を補うことができる必要があります。 一部の研究者は、事前寛容な放射線保護処置を想定し、不安定なグルカゴンの蓄積は、悪化するグルカゴンの減少に対するヘッジを抑制します。

資源効率と小型化

ディープスペースのミッション上のペイロードのキログラムはすべて貴重です。 人工膵臓システムは、コンパクトで軽量で、パワー効率性でなければなりません。 現在の消費者 CGM とインシュリンポンプは比較的小型ですが、信頼性の高い電源を備えた単一のデバイスにそれらを統合する必要があります。 ソーラーアレイや燃料電池を介して合理的に充電式 - エンジニアリングチャレンジが含まれています。 インシュリン、グルカゴン、センサー電極、および電池セルなどの消耗品は、マートルトのコストを削減する必要があり、 長期にわたる製品や欠陥を事前に設定することは、 再構成する必要がなくなります。

マイクログラビティの機械整合性

ポンプやバルブなどの機械的コンポーネントは、微小重力で異なる振る舞いをします。インシュリン貯水池の泡形成は、ガスポケットが地球上で行うように液体から上昇し、分離しないため、流れを破壊することができます。移動部品の摩擦は、潤滑剤の重力がないため、変化する可能性があります。表面への流体密着は、投薬精度に影響を与える可能性があります。センサーインサート - 小さな針または皮膚を貫通するフィラメント - 皮膚が適切に浸透する - 皮膚の低下による皮膚の損傷、または、または、腐食防止のメカニズムは、これらの現象を低減する必要があります。

自律性と故障の許容

アストロノウトは、医療のトラブルシューティングとスペアパーツへのアクセスが制限されている時間があります。 人工的な膵臓は、低血糖または重度の高血糖を防止するフェイルセーフモードで、信頼性が高くなければなりません。 センサーとポンプの冗長性は不可欠です。 システムは、自動的である必要があります。 最小限の人間の介入、自動校正、自己検査、および必要なときにのみ警告をする必要があります。 リモートコントロールなしで、Farrystoは、リモートコントロールを完全に制御できる限り、またはFarry-Garlym-G-G-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-Far-

宇宙主導のイノベーションによる画期的なイノベーション

先進センサー技術

スペース要件は、より小さく、より正確で、より耐久性のあるCGMの開発を駆動しています。研究者は、光学または電磁的方法を使用して非侵襲的なセンサーを探索しています。それは、トランスカットされたプローブの必要性を排除することができます。例えば、蛍光性ベースのセンサーは、放射線損傷に敏感であり、長期使用のために潜水的に注入される可能性があります。別のアプローチは、皮膚を介してグルコースを測定するために近赤外線分光法を使用しています。そのような理由は、地球の寿命センサーと数回の寿命を延ばす必要があります。

適応と学習アルゴリズム

人工膵臓を支配するアルゴリズムは、時間をかけて生理学を変更するように適応しなければなりません。 空間では、インシュリン感度が筋肉萎縮、流体シフト、放射線曝露のためにゆっくりと漂流する可能性がある、機械学習モデルは、着火データに継続的に再訓練することができます。 補強学習アプローチは、生理学的変化の明示的なモデルを必要としないインスリン投与を最適化することができます。 これらの同じ適応アルゴリズムは、疾患や消化器疾患などの疾患を予測するために、疾患や疾患を予測するために、地球に適応させることができる可能性があります。

冗長で失敗したアーキテクチャ

空間における高い自律性に対する要求は、階層障害管理の発達を促しています。健康監視層は、センサーの健康、ポンプ性能、アルゴリズムの安定性を継続的に評価できます。コンポーネントの劣化が生じた場合は、システムが自動的に再構成されます。例えば、スペアポンプに切り替えたり、人間の介入を待っている間、安全要因によってインシュリンの送達を減らすことができます。2つまたは3つの独立したグルコースの読書を比較する投票アルゴリズムは、故障したセンサーを拒否することができます。これらのアーキテクチャは、特に、地球疾患の信頼性を最も高いレベルで採用することができます。

テロレストリアスピルオーバーの利点

宇宙用に最初に開発された多くの技術は、地球ベースのアプリケーション(小型電子機器、テレメディシン、リモートモニタリング)が主な例です。宇宙用に洗練された人工膵システムは、ほぼ確実により堅牢でコンパクトな、そして自律的なデバイスをあらゆる場所で糖尿病との間で供給します。打ち上げの振動とディープスペースの放射線を生き生き生き残るシステムは、現在の消費者デバイスよりも耐久性が高まっています。宇宙機関と医療機器会社の間での双方向の知識共有は、両方のセクターに対するイノベーションを加速します。現在、CGMは、すべての患者を交換することなく、7日間にわたり、CGMを交換することができます。

現状の取り組みと協業経路

複数の研究活動は、すでに進行中です。NASAのヒューマンリサーチプログラムでは、ISSのグルコース代謝の変化を調べ、マイクログラヴィティ(NASA Human Research Program)のクローズドループインシュリン配達の早期試作品をテストするために、Galiforniaを研究しました。このプロジェクトは、NAS(NAS)とFLT(AI)の連携を組み合わせて、NAS(NAS)のAI(AI)の実験を研究するだけでなく、NAS(AI)の実験を研究するなど、様々な分野に分けて研究する技術が、研究機関(AI)を研究するなど)を研究する。

民間企業は、商業空間ステーションや宇宙船を開発するだけでなく、自動化された健康管理にも投資しています。SpaceXのクルードラゴンは、ISSに医療機器を医療監視し、将来の商業生息地には、人工膵臓の操作をサポートする専用の医療湾が含まれる場合があります。非営利団体]JDRF[]]]は、極端な環境に適応できる高度なクローズドループシステムの研究に資金を供給し続けています。国際ステーションは、国内の実証実験施設も提供しています。

火星へのロードマップ: 人工膵臓をクルーの健康システムに統合

マルスにミッションを乗った先に見れば、人工の膵臓はほぼ不可欠です。長期にわたる微生物の結合、高放射線、限られた再供給は手動グルコース管理の実用性を生じます。完全に自律的、障害のある、および資源効率の高い人工膵臓は、より広範な医療支援システムの礎石として機能する可能性があります。いくつかのコンセプトは、交換なしでミッション全体を持続できるインプラントバージョンを構想しています。一方、他の人は、高濃度の成分と低濃度の交換可能な成分を組み合わせて、および多様なリスクを低減することができます。

人間の要因も役割を果たします。心理的ストレスと認知負荷を最小限に抑えなければなりません。バックグラウンドで静かに動作するデバイスは、重要なアラートだけを発行し、乗組員の道徳とパフォーマンスを維持するのに役立ちます。アストロノウトの異種間のチームとして、商用および国際的パートナーを含む - より一般的であるため、人工膵臓は、多様な体型、年齢、および代謝プロファイルのために設計する必要があります。このシステムは、宇宙船の中央健康監視ネットワークと長期的計画のための傾向分析、および長期的計画のためのデータ分析を提供する必要があります。

コンテンツ

宇宙ミッションで使用するための人工膵臓の開発は、単なるニッチ工学的チャレンジではありません。それは、人類を全力で恩恵を受ける画期的な医療技術のための触媒です。マイクログレーブティ、放射線、および資源の制限のハードルを克服することは、今日利用可能なものよりも、より堅牢で自律的、そして適応性のあるデバイスを生成します。宇宙機関、学術研究者、医療機器会社間のコラボレーションは、このビジョンを現実に変えるのに不可欠です。 私たちは、地球の人々の生活を向上させるための方法として、地球の技術を習得します。