DANSK

Exomedicine ankommer: Hvordan labs i rummet kunne bane vejen for sundhedsydelser gennembrud på Jorden

158

Nul

Denne artikel blev oprindeligt udgivet som en TechRepublic dække historien.

Tidligt søndag morgen, februar 19, 2017, en bande på omkring en halv snes tilskuere-herunder to high school-elever, to akademiske rådgivere, og et team af ingeniører–samlet i det nyrenoverede affyringsrampe 39A på NASAS Kennedy Space Center i Cape Canaveral, FL, ivrigt afstivning for en raket.

Raketten blev de ser–SpaceX ‘ s Falcon 9–var i færd med en særlig nyttelast fra Rummet Tango, en start, som hjælper virksomheder og forskere design og sende eksperimenter på den Internationale rumstation (ISS). Falcon 9 ville levere koncernens nyttelast til TangoLab-1 facilitet på ISS. Det var Plads Tango ‘ s første officielle forsøg på at bruge ISS til at udføre eksperimenter for forskere og klienter som en del af sin virksomhed.

“Når det boostet,” Jennifer Carter fortalte mig: “vi følte, at de tre sonic boom.” Carter, den assisterende direktør for Morehead State University ‘ s Håndværk Academy for Excellence in Science, der havde været rådgiver for de to studerende ved lanceringen, Danielle Gibson og Vil Casto, hele året. Og, Michael E. Fultz, lektor i biologi på Morehead, var mentor for de studerende. Gruppen arbejdede med Plads til Tango udvikler en måde at sende deres kultur biologi eksperiment til den internationale rumstation.

Hvorfor kunne de sende det til rummet? De ønskede at se hvad der ville ske, når tyngdekraften blev fjernet fra ligningen, og hvad det kan betyde for biologi og sundhedsydelser.

Her kommer exomedicine

I 2006, i et lille kontor i Lexington, KY, flere videnskabsmænd og forskere fra Morehead University, University of Kentucky, University of Louisville, Murray State University, Western Kentucky University, og en håndfuld af community colleges, og begyndte at designe og bygge små, kube-formet orbital satellitter til at sende ud i rummet. De var medlemmer af den almennyttige Kentucky Plads, LLC, og deres satellitter, som de begyndte at lancere i 2011, var på størrelse med en væv boks.

Det var begyndelsen på en venture ind i en ny måde at udnytte de beføjelser af det ydre rum–især med henblik på innovation i medicin.

De eksperimenter, der begyndte i 2010, efter at NASA sagde, at det ville udfase sin rumfærge-programmet, der skete de følgende år. Private virksomheder og grupper, som Kentucky Plads set på, hvordan de kunne sende nyttelast ud i rummet. Og med udviklingen af lavere omkostninger teknologier, målet blev muligt.

I 2010, Kentucky Plads mødt med Barry Blumberg, hvem der havde vundet Nobelprisen for opdagelse af hepatitis B-virus, og hjalp med at udvikle en vaccine, der kan bekæmpe det.

“Jeg vidste, at en af to ting vil ske,” sagde Kris Kimel, formand for Kentucky Plads og medstifter af Plads Tango. “Mødet blev der kommer til at gå rigtig godt eller rigtig dårligt,” sagde han. “Det endte med at gå rigtig godt, og han blev en stor fortaler og støtte.”

Det var dengang, at den gruppe, der opfandt udtrykket “exomedicine,” for studiet af, hvordan vægtløsheden miljøer påvirker biologi.

“Vi tror på, at udtryk som forskning, udvikling og kommercialisering af medicinske løsninger i vægtløsheden miljø i rummet–for applikationer på Jorden,” sagde Kimel.

Som Kentucky Plads begyndte at bygge teknologi til ISS, de begyndte at forstå mere om en vægtløsheden miljø-hvor mennesker og genstande vises vægtløs, selv om der er en lille mængde af tyngdekraften stadig på arbejde–og hvordan det påvirkede af, hvad de sendt ud i rummet.

I 2014, Kimel og Twyman Clements–der startede som praktikant på Kentucky Plads–grundlagt Plads Tango, for-profit spin-off af Kentucky Plads, der er baseret på en plads-as-a-service-model.

Hvad er TangoLab?

Clements og et team af elektriske, mekaniske, computer, og biomedicinske ingeniører fik til at arbejde med at designe TangoLab-1, en automatiseret lab, som de lancerede i plads og fastgjort til ISS i August 2016. “Det er et laboratorium,” sagde Clements, “bare uden [normal] grovhed. Det er en tilstand af pres, med normal stuetemperatur. Du har fået den el, køling sløjfer, og alt andet en regelmæssig laboratorium har.”

Derefter Plads Tango udviklet TangoLab-2, som har en opgraderet kølesystem, og installeret det på ISS i August 2017.

“Det gik fra denne meget underlige tegneserieagtige-leder postkasse til denne slanke maskine,” Clements sagde.

“Vores store ting er, om der muliggør forskning,” sagde Clements. “Vi ønsker at bruge det som en platform for produktion, både i form af læge-og exomedicine type arbejde og arbejde i form af materiale.”

Laboratoriet er simpelt for astronauter at sætte op. “De sætter i disse store kort, der ser ud, som om du sætte RAM i en computer, skal du skubbe det ind, og det er det,” sagde Clements. “De lukker døren, og de vender det om.” Herfra er der Plads Tango kan styre det fra jorden.

Download denne artikel som PDF (gratis registrering påkrævet).

Hvilken forskning, eksperimenter i rummet kunne afsløre

“Tyngdekraften er en fysisk parameter, som temperatur og tryk, og alle disse andre ting,” sagde Clements. “Og vi udnytte det. Der har naturligvis en enorm betydning for, hvordan tingene fungerer.”

Kimel og Clements ønskede at sikre, at den blev bygget, var forenelig for biologiske eksperimenter. “Der åbnede døren for os, og som vi blev helt overrasket over,” Kimel sagde. Det meste af det arbejde, der var blevet gjort i rummet havde været fokuseret på astronauternes sundhed, sagde han. På toppen af det, sagde Kimel, det var for det meste episodisk og tilskud-drevet.

“Vi indså, gosh, vi egentlig ikke ved ret meget om, hvordan biologiske og fysiske systemer, der opererer uden for alvor,” sagde Kimel. “Der er fire primære kræfter i naturen: Den svage kraft, den stærke kraft, elektromagnetisme, og tyngdekraften,” sagde han. “Når du tager alvoren ud af ligningen, og hvad du finde er, at stort set alle dine antagelser om, hvordan biomedical systems, organismer, gener, et cetera, drive, gå ud af vinduet.”

Kimel og Clements var interesseret i exomedicine ‘ s programmer på Jorden. Hvordan kunne vægtløsheden forskning føre til opdagelser og bedre behandlinger? De forestillede tre fokusområder:

Adfærd i rummet:

Biologiske produkter og interventioner:

Behandling af tilstande i rummet:

Eksempler på exomedicine

Til februar 2017 lanceringen, Plads Tango arbejdet sammen med forskere på Morehead, den Internationale Skole Educational Trust (ISSET), og Tufts University. Her er, hvad de studerende og forskere, der tager sigte på at lære.

Opførsel af glatte muskelceller i rummet kunne føre til behandlinger for hjerte-kar-sygdomme

Den Morehead projekt, der fokuserer specifikt på den første type af eksperimentet-at undersøge adfærd i rummet. Gruppen var interesseret i glatte muskelceller–en af tre typer af humane muskelceller–line arterier og vener.

“Glat muskel er den eneste form for muskel, hvor vi ikke ved, hvordan it-kontrakter på et cellulært niveau,” Carter sagde til mig: “så det, vi gør, er at sende glatte muskelceller i rummet på ISS, og give dem et akklimatisering periode, bare for at vænne sig til omgivelserne. Det i sig selv, giver os data, fordi vi ser, hvordan glat muskel reagerer i rum uden tyngdekraft som den organiserende faktor på det cellulære processer og organisation.” Hun fortalte, at cellerne er “aftalt” med en stimulans, frosne, og sendt tilbage til Jorden for analyse.

“At sende det til ISS giver en ny platform,” Carter sagde. “[I vægtløsheden] du er ved at fjerne en faktor, der kan eller ikke kan have indflydelse tidligere resultater, og du er så nye oplysninger frem i lyset.” Ved at arbejde med Plads til Tango, den studerende vil være i stand til at se en live video feed af cellen sammentrækning og er inkluderet i nærheden af real-time data.

Hvorfor glat muskel adfærd spørgsmål? “Din glatte muskulatur spiller en meget stor rolle i fastlæggelsen af blodtrykket og påvirker forhold som hypertension,” Gibson fortalte mig. “Men, behandlingen omfatter nu trial and error, så de ikke præcis ved, hvordan disse blodtryk behandlinger påvirker glat muskel sammentrækning, og hvordan det er at ændre det.” Men gennem forsøg, som disse, hun sagde, man kunne lære glat muskel adfærd, med det mål i sidste ende at finde ud af måder til at manipulere den.

I en stat som Kentucky, hvor hjerte-kar-sygdom var ansvarlig for en tredjedel af alle dødelighed i 2005, i henhold til Kentucky hjertesygdomme og Slagtilfælde Program til Forebyggelse af, det er et problem, der bør ikke tages let på.

Hvad bananfluer i rummet lære os om Parkinsons sygdom på Jorden

På ISSET, et UK-baseret organisation, der arbejder med elever på forskellige universiteter, Julie Keeble hjælper studerende i et program, der hedder Discovery Mission. Studerende samarbejder med pensioneret NASA astronauter og ingeniører til at udvikle et eksperiment, som de kan sende til ISS, og holdet med det bedste projekt rent faktisk får lov til at sende eksperiment ud i rummet.

Med Plads til Tango, “automatisering er fantastisk, og de sensorer, der har de er geniale,” Keeble fortalte mig. “Vi kan tilegne sig store mængder af data, så vi havde visse eksperimenter, der fungerede rigtig godt i et Rum, Tango terning-lignende setup.”

Keeble, der har en farmakologi baggrund, er interesseret i at krystallisering af proteiner på plads. “Krystallisere proteiner langt bedre på den internationale rumstation, end de gør her på Jorden,” sagde hun. “Den farmaceutiske industri har været ret involveret med dette princip, fordi hvis du krystallisere et protein, meget effektivt, er det meget lettere at finde sin tredimensionelle struktur.” Når det sker, sagde hun, du kan prøve at udvikle behandlinger til at målrette det.

De studerende på ISSET kom op med en idé til en vægtløsheden eksperiment ved hjælp af bananfluer. At lære om lidelser i bevægeapparatet, de brugte en mutant form af bananfluer, eller Drosophila-dem med deforme vinger. Ideen var at forsøge at efterligne symptomer på Parkinsons sygdom.

For at undersøge dette fænomen, de studerende var i stand til at overvåge adfærd i en lignende frugt fly på Jorden. “Det smukke Rum Tango setup er, at du kan mere eller mindre have løbende overvågning,” Keeble sagde.

“Du har fået tusindvis af laboratorier på Jorden, der arbejder for medicinske løsninger,” Keeble sagde. “Så har du fået [to labs] mens der i plads at arbejde på denne ting. Der er så meget potentiale til at komme op med løsninger til medicinske problemer ned på Jorden. Det er bare at finde den rigtige eksperimenter og få adgang til rumstationen for at gøre det.”

Hvordan fladorme regenerering i rummet har erfaringer for at behandle kræft på Jorden

Ved Tufts University i Medford, MA, biolog Michael Levin tog en stor interesse i Rum Tango ‘ s setup, og var en af de første til at arbejde med Clements og Kimel at udvikle eksperimenter for plads.

“Vi følte, at det bare var en enestående mulighed,” Levin sagde. “Det er meget svært at få ting op der. Så vi sagde, “Ja, absolut,” og designet et eksperiment, og de hjalp os med at få det op til den plads, hvor det holdt sig til om fem uger, og så kom tilbage.”

Levin er interesseret, specielt inden for regenerativ medicin og for at studere dette, han bruger fladorme, som har en ekstraordinær evne til selv at helbrede.

Gruppen eksperimenteret med at skære fladorme i stykker–hoveder, midterste stykker, og haler-til at se, hvordan de ville regenerere i rummet. Resultatet var, at alle haler voksede hoveder, og alle hoveder voksede haler. Og en orm ud af 15 voksede to hoveder fra midten fragment, et resultat, der Levin siger, er overordentlig sjældne i normal regenerering begivenheder.

I henhold til Levin, resultaterne fra disse typer af eksperimenter, der kunne føre til en kur for kræft og måder at dyrke nye lemmer, reparation rygmarv, og korrekt udviklingsmæssige problemer i embryoner. “Hvis vi forstod, hvad der sker med disse orme, så ville vi have svar på stort set alle de spørgsmål, som vi har om medicin og biologi,” Levin sagde. “Disse ting er fantastisk.”

“Det viser sig, at nogle af de ændringer, som disse orme gennemgik fra at være i rummet er ændringer på lang sigt, og så vil vi fortsætte med at analysere–sikkert til år,” sagde han.

“Tanken om, at vi faktisk kunne lave et eksperiment på plads, jeg aldrig troede ville være muligt,” Levin sagde.

Download denne artikel som PDF (gratis registrering påkrævet).

Forskning i rummet, som en forretningsmulighed

Selvfølgelig laver eksperimenter i rummet er ikke noget nyt. Det har en lang historie, der begynder i 1957, da Russerne lanceret en hund i plads på Sputnik 2. Og i årtier, biologiske undersøgelser er blevet udført på alt fra planter til at myrer til cellekulturer til materiale, videnskabelige eksperimenter. Men nu virker anderledes.

Ikke kun har fremskridt inden for teknologi revolutionerede hvad der er muligt at opnå i disse forsøg, i form af sensorer, overvågning, kameraer, og computerkraft, “den anden ting, der er anderledes nu, er simpelthen, at vi ved bedre spørgsmål at stille,” Levin sagde. “Så vi har bedre og bedre teknologi, bedre instrumentering, mere viden om, hvad det er, og hvordan man kan analysere disse ting.”

Og en vigtig faktor i den succes Plads Tango ‘ s lab er, at i fortiden, de fleste missioner var “og gjort,” Levin sagde, “i den forstand, at du tager noget op, du er nødt til at bringe det ned med dig, når du kommer tilbage.” Men med ISS, der er potentiale for langsigtet eksperimenter.

Når Rummet Tango begyndte at arbejde hos ISS, Clements sagde, “det var bare vanvittige, hvor kompliceret det var for forskerne, eller en virksomhed, til at gøre noget. Rum-industrien er en af de få industrier, der stiller sin kompleksitet ned på sin kunde,” sagde han. “Det var meget svært for folk at gøre noget op der.” Clements så et behov, da markedet var ikke at blive repareret,–og en chance for at tilbyde en unik mulighed.

“Hvis du sælger denne som en ‘space mulighed for, at de mennesker, straks sat op mentale barrierer om, hvor svært det er, eller de ønsker at tale om”, vil vi lande på månen?'” Clements sagde. “Men hvis du taler om det, som en slags fysik-ting-om at udnytte vægtløsheden, og hvad betyder det? Hvordan kan det ændre din proces? Så det bliver en lettere salgstale. Vi mener bestemt, der er nye parametre, og det er, hvad TangoLab-1 bygget.”

Plads Tango havde allerede fløjet en halv snes exomedicine-relaterede opgaver, men de blev udført i små laboratorier, der ville gå op og vende tilbage, eller de var en andens lab-ikke for deres egen, stille lab på ISS. I TangoLab-1, som er permanent, kan de køre 21 forskellige former for eksperimenter på ethvert givet tidspunkt.

For at gøre dette, Plads Tango etableret en Plads Handle Aftale med NASA i juni 2017, hvilket betyder, at det kan drive deres platform på ISS. Det var ikke let at få, og kun få virksomheder, der i øjeblikket har det.

Clements og Kimel er ikke den eneste til at se det enorme potentiale virksomhed mulighed for at eksperimentere i rummet kunne tilbyde private virksomheder. Howie Diamant, en venture kapitalist, der er baseret i San Francisco, har arbejdet med Rum, Tango, da 2015. “Jeg har lige beundret deres trængsel,” sagde han. “Det var ikke bare en idé på et whiteboard–de var faktisk udførelse imod det.”

Diamant ser rummet som en stor mulighed for virksomheder.

“At vokse op, se dig på plads som en destination,” Diamond fortalte mig. “Nu, du ser på det som en ressource-og du ser på det som en brugbar ressource. Du tænker: “Wow! Hvordan kan vi drage fordel af denne ressource til at løse store problemer på Jorden?”

“Det virker meget science fiction-y,” siger Diamond, “men at det rent faktisk sker. Det er et dynamisk, og markedet er ved at modnes.

“Der er en masse penge bliver sat ind i denne sektor,” Diamond sagde. “Jeg tror, $15 milliarder blev investeret gennem private sektor kun i kommercialiseret plads lodret. $5 milliarder specielt kom fra VCs, de fleste kommer fra i løbet af de seneste tre år.” Han ser det også som en hurtigere bevægelse område end andre hot-knappen sektorer i tech, som virtual reality. “Kommercialisering af rummet er meget længere henne, og meget mere dynamisk og innovativ end virtual reality er,” sagde han, “og det er mere praktisk anvendelse.”

“Denne industri har været beskyttet mod konkurrence i lang tid, i årtier,” siger Diamond. “Der var bare aldrig et boom i rummet, fordi det var lige så svært at komme dertil. Det var bare så dyre.” Faldet i omkostninger nu, sagde han, fører til en masse konkurrence.

Og mere konkurrence, hvilket vil kunne føre til flere gennembrud i exomedicine. “Med virksomheder som NanoRacks og Plads Tango at gøre det tilgængeligt kommercielt for at gøre dette, det kommer til at åbne op for dette område af exomedicine enormt som tiden går,” Keeble sagde.

Hvad er det næste for Plads Tango?

I November 2017, Plads Tango ‘ s OA-8 mission lanceret et rumfartøj kaldet Cygnus (fra rumfart producent Orbital ATK) i kredsløb og er forankret i ISS. Cygnus er hovedsageligt et ubemandet rumfartøj, der bærer besætning, forsyninger, last og eksperimenter. Cygnus blev det nye sted at være vært for et eksperiment udført af den almennyttige Højere Baner, som undersøger virkninger af stråling. OA-8 mission også leveret yderligere fire nyttelast til TangoLab-2.

Plads Tango også sendt fire nyttelast på sin SpX-13 mission i December 2017, hvoraf den ene var en Anheuser-Busch eksperiment for at lære om at producere byg, frø eksponering og spiringsprocessen–med målet om en dag at blive den første virksomhed til at brygge øl på Mars. Plads Tango vil sende nyttelast på sin SpX-14 mission i begyndelsen af April 2018, og det vil inkludere en Anheuser-Busch eksperimentere og flere andre eksperimenter. Selskabet har planer om at fortsætte missioner i den nærmeste fremtid.

Mere end nogensinde, Kimel ser rummet som et stort, uudforsket område medicin til at forfølge biomedicinske løsninger. “Vi er ikke gør nogen grandiose påstande,” sagde han. “Vi siger ikke, vi kommer til at helbrede kræft i to uger. Det, vi siger, er, at det er stort set ukendt. Det er et vigtigt første skridt i opdagelsen.

“Hvad nu hvis den næste medicinske gennembrud er ikke på planeten Jorden?”

Download denne artikel som PDF (gratis registrering påkrævet).

Se også:

Video: Sådan Kentucky-baseret Plads Tango er at gøre en forskel med vægtløsheden (TechRepublic), Hvor Mark Shuttleworth blev det første Afrikanske på plads, og lancerede en software revolution (TechRepublic)Overdrevent teatralsk og taktløs Falcon Heavy stunt fylder rummet vakuum (ZDNet)Graphene tests grund til at fejre i rummet eksperimenter (ZDNet)#WeAreNotWaiting: Diabetikere er hacking deres helbred, fordi de traditionelle systemer har svigtet dem (TechRepublic)

Relaterede Emner:

CXO

Digital Transformation

Tech-Branchen

Intelligente Byer

Cloud