US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) är känt för att bedriva vetenskaplig forskning på hög nivå inom avancerad militär teknik. Direktoratet fokuserar dock allt mer på det viktigaste, men ibland underskattade området - medicinskt stöd av personal.
DARPA: s arbete inom militärmedicin utförs mestadels med deltagande av den senaste komponenten i dess övergripande struktur - Biological Technologies Office (WTO). Som dess direktör Brad Ringeisen noterade, "arbetar vårt kontor med ett brett spektrum av uppgifter som kan grupperas i tre stora kategorier." För det första är det neurovetenskap, till exempel användning av hjärnsignaler för drift av lemmproteser. Det andra området är genteknik eller syntetisk biologi. Det tredje forskningsområdet fokuserar på teknik som kan överstiga infektionssjukdomar och är ett prioriterat forskningsområde för DARPA.
Enligt överste Mat Hepburn, chef för flera program på WTO, finns det ett antal anledningar som får kampen mot infektionssjukdomar att framträda. Till exempel kan den amerikanska militären eller dess allierade sättas in för att hjälpa en region eller ett land som drabbats av en specifik pandemi, till exempel Ebola. "Vi är en globalt utplacerad militär styrka och vi kommer att skicka vårt folk till de områden som vi behöver skydda mot sjukdomar."
Att utveckla teknik och behandlingar för att förhindra smittsamma utbrott kan också öka den nationella säkerheten. Till exempel kan terapier som utvecklats för militären användas för att förebygga eller behandla stora civila pandemier. Allt detta gäller dock också på lägre nivåer, ner till en enskild individ.
"Ett enkelt, men extremt avslöjande exempel är influensan på ett fartyg", förklarade Hepburn. "Infekterad personal är mindre effektiv och det kan påverka utförandet av hela uppgiften." Som ett annat exempel nämnde Hepburn faran för att en medlem i gruppen skulle drabbas av malaria eller dengue,”vilket är ganska vanligt på de platser där vi arbetar. Det kan naturligtvis förstöra hela uppdraget om du inte tänker på medicinsk evakuering och försiktighetsåtgärder för den här personen."
Som Hepburn noterade finns det två stora kategorier när det gäller att hantera infektionssjukdomar. Först är det diagnostik: att ta reda på om en person är sjuk eller inte. För det andra, vad ska jag göra om någon är sjuk, det vill säga utveckla en behandling eller motåtgärder, till exempel ett vaccin.
Huvudfokus för DARPA ligger dock fortfarande på att förutsäga om en frisk person kommer att bli sjuk. Dessutom vill FDA inte bara veta sannolikheten för att patienten kan bli sjuk, utan också om han är smittsam eller inte.”Kommer han att bli en distributör av infektion? Kommer vi att kunna undertrycka ett utbrott i ett specifikt samhälle?"
Hepburn talade också om Prometheus -programmet. Enligt DARPA är målet att söka efter "en uppsättning biologiska signaler hos en nyinfekterad person som inom 24 timmar kan indikera om personen kommer att bli smittsam", vilket möjliggör tidig behandling och åtgärder för att förhindra överföring av sjukdomen till andra.
Prometheus -programmet fokuserar för närvarande på akuta luftvägssjukdomar, som väljs ut för bevis på koncept, även om tekniken kan vara tillämplig på andra infektionssjukdomar.
”Låt oss säga att vi har 10 personer smittade, vi kan testa dem och säga att dessa tre personer kommer att vara de mest smittsamma och kommer att bli bärare av sjukdomen. Vi kommer då att behandla dessa människor för att förhindra spridning av infektionen, förklarade Hepburn.
Prometheus -projektet syftar till att skapa "biomarkörer" som visar en persons mottaglighet för sjukdomar och deras potentiella infektionsnivå. "Dessa markörer är svåra att skapa," sade Hepburn.”En annan utmaning är att läsa dessa markörer i fältet och vid vårdpunkten. Det kan vara nödvändigt att utveckla en batteridriven enhet som kan göra jobbet."
"Jag tror att deras militära användning är ganska uppenbar", fortsatte Hepburn. - Tänk dig en barack eller ett skepp eller en ubåt. Möjligheten att identifiera vem som kommer att bli sjuk och stoppa ett utbrott under dessa trånga förhållanden skulle vara oerhört fördelaktigt för vår militär.”
När det gäller förebyggande arbete gör DARPA ett bra jobb med att förebygga sjukdomar. Huvudbetoningen ligger på att utveckla så kallade "nästan omedelbara" lösningar för att neutralisera ett smittsamt utbrott som kommer att fungera mycket snabbare än det traditionella vaccinet.
"Om jag ger dig vaccinet kan det ta två eller tre doser inom sex månader innan du når den immunitetsnivå du behöver," sa Hepburn.
I detta avseende har DARPA påbörjat arbetet med ett nytt program som kallas Pandemic Prevention Platform (Pandemic Prevention Platform), som syftar till att utveckla en "nästan omedelbar" lösning som kan komplettera vacciner. Vaccinet fungerar genom att tvinga kroppen att producera antikroppar, och om de cirkulerar i blodet i tillräckliga mängder är personen skyddad från en viss infektionssjukdom. DARPA avser att påskynda denna process dramatiskt genom implementeringen av P3 -programmet.
”Tänk om vi bara kunde ge antikroppar som bekämpar infektioner eller skyddar dig? Faktum är att om en person bara kunde injicera rätt antikroppar skulle han omedelbart skyddas, noterade Hepburn.”Problemet är att det tar månader och år att få nog av dessa antikroppar i en fabrik. Det här är en komplex och kostsam process."
I stället för den traditionella processen att göra antikroppar och injicera dem i en mänsklig ven, arbetar DARPA med att skapa en injicerbar injektion som innehåller DNA och RNA för antikropparna så att kroppen kan skapa de nödvändiga antikropparna på egen hand. När den genetiska koden injiceras i kroppen, "inom 72 timmar kommer du redan att ha tillräckligt med antikroppar för att skydda dig." Hepburn tror att detta kan uppnås inom fyra år, i slutet av P3 -programmet.
Ringeisen leder ett annat förebyggande program, Microphysiological Systems or Organs on a Chip, som kommer att skapa konstgjorda modeller av olika system i människokroppen på bläckstråleskivor eller chips. De kan användas på en mängd olika sätt, såsom att testa vacciner eller administrera en biologisk patogen. Målet är ambitiöst - att simulera processerna i människokroppen i en laboratoriemiljö.
"Betydelsen av detta är enorm", tillade Ringeisen. "Du kan bokstavligen testa tusentals läkemedelskandidater för effekt och toxicitet utan att de nuvarande besvärliga och dyra processerna går igenom."
Den nuvarande utvecklingsmodellen innefattar flera mycket dyra processer, inklusive djur- och kliniska prövningar. Djurstudier är mycket dyra och återspeglar inte alltid noggrant effekterna av ett läkemedel eller vaccin på människokroppen. Kliniska prövningar är ännu dyrare och de allra flesta testerna misslyckas.
"Det är ännu svårare med jobbet för försvarsdepartementet, eftersom många av de medicinska skyddsåtgärder det behöver är utformade för att bekämpa biologiska och kemiska agenser", tillade han. "Du kan inte ta en grupp människor och testa dem för mjältbrand eller ebola."
Organs on a Chip -teknik revolutionerar läkemedelsutvecklingen för de militära och civila samhällena. Projektet, som leds av team från Harvard University och MIT, närmar sig för närvarande.
Ringeisen noterade också programmet Elect-Rx (Electrical Prescriptions), som syftar till att utveckla teknik som artificiellt kan stimulera det perifera nervsystemet med hjälp av dess förmåga att läka sig snabbt och effektivt.
"Detta kommer att förbättra immunsystemet, ge kroppen mer motståndskraft mot infektioner eller inflammatoriska sjukdomar", förklarade Ringeisen.
Hepburn tror att militärmedicin i framtiden kommer att kunna "förutsäga sjukdomen mycket bättre i de tidigaste stadierna, och sedan återstår bara att vidta lämpliga åtgärder på en specialiserad institution."
”Allt är som förebyggande underhåll av din bil. Sensorn i den signalerar till exempel att motorn kan gå sönder eller att du behöver fylla på olja. Vi vill göra detsamma med människokroppen."
I kroppen kan dessa sensorer kombineras med annan teknik för att automatiskt initiera den nödvändiga åtgärden, till exempel övervaka glukosnivån hos en diabetespatient. "Vi har inte uppnått det ännu, men om tio år kommer det att bli en vanlig verklighet."
Militärmedicin - särskilt med fokus på terapier och förebyggande åtgärder - kan ge verkliga fördelar på ett antal andra områden. Det är klart att prioriteten är att se till att personalen skyddas mot infektion, men att förhindra sådana utbrott i större skala, som att hantera pandemier, har också en direkt inverkan på säkerhetsnivån. Som en följd av detta måste militärmedicinen tillgodose behoven hos inte bara den enskilda soldaten, inte bara försvarsmakten, utan samhället som helhet.
