Exomedicine arriva: Come laboratori nello spazio potrebbe spianare la strada per l’assistenza sanitaria di scoperte sulla Terra

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Stazione Spaziale Internazionale

Immagine: NASA

Questo articolo è stato originariamente pubblicato come un TechRepublic storia di copertina.

Presto domenica mattina, 19 febbraio, 2017, un gruppo di circa una dozzina di curiosi-di cui due studenti di scuola superiore, due consulenti accademici, e un team di ingegneri-si sono riuniti, appena ristrutturato, Launch pad 39A del Kennedy Space Center della NASA a Cape Canaveral, FL, con entusiasmo preparando per un lancio di un missile.

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Il razzo sono stati a guardare-della SpaceX Falcon 9–portava una speciale capacità di carico da Spazio Tango, una startup che aiuta le imprese e i ricercatori di progettazione e inviare esperimenti sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Falcon 9 darebbe il gruppo payload di TangoLab-1 impianto sulla ISS. Era Spazio Tango ufficiale primo tentativo di utilizzare l’ISS per condurre esperimenti per i ricercatori e i clienti come parte del suo business.

“Quando è potenziato,” Jennifer Carter mi ha detto, “abbiamo sentito il tre di sonic boom.” Carter, vice direttore di Morehead State University del Mestiere di Accademia per l’Eccellenza nella Scienza, era stato consigliere per due studenti in occasione del lancio, Danielle Gibson e Casto, tutto l’anno. E, Michael E. Fultz, un professore associato di biologia a Morehead, è stato un mentore per gli studenti. Il gruppo ha lavorato con Spazio Tango di sviluppare un modo di inviare la loro cultura esperimento di biologia per la stazione spaziale.

Perché lo inviano nello spazio? Hanno voluto vedere cosa sarebbe successo quando la gravità è stato rimosso dall’equazione, e che cosa potrebbe significare per la biologia e la sanità.

Ecco che arriva exomedicine

Nel 2006, in un piccolo ufficio a Lexington, KY, molti scienziati e ricercatori di Morehead University, l’Università del Kentucky, l’Università di Louisville, Murray State University, Università Occidentale del Kentucky, e una manciata di community college, ha iniziato la progettazione e la costruzione di piccoli, a forma di cubo orbitale di satelliti per inviare nello spazio. Erano membri dell’associazione no profit Kentucky Spazio, LLC, e i loro satelliti, che hanno iniziato il lancio nel 2011, erano circa le dimensioni di una scatola del tessuto.

Era l’inizio di un’impresa in un nuovo modo di sfruttare i poteri di spazio esterno-in particolare finalizzate all’innovazione in medicina.

Sentire la Speranza Reese spiega perché ha scritto questa storia, di Spazio Tango.

L’inizio degli esperimenti nel 2010, dopo che la NASA ha detto che sarebbe la fase del suo programma space shuttle, che avvenne l’anno successivo. Aziende Private e gruppi come il Kentucky Spazio ha esaminato in che modo hanno potuto inviare carichi nello spazio. E con lo sviluppo del basso costo delle tecnologie, l’obiettivo è diventato fattibile.

Nel 2010, Kentucky Spazio incontrato Barry Blumberg, che aveva vinto il Premio Nobel per la scoperta del virus dell’epatite B, e ha contribuito a sviluppare un vaccino per combattere.

“Ho saputo che una delle due cose”, ha detto Kris Kimel, presidente del Kentucky Spazio e co-fondatore di Spazio Tango. “L’incontro stava per andare molto bene o molto male”, ha detto. “Si è concluso andando molto bene, e lui è diventato un grande fautore e sostenitore.”

Fu allora che il gruppo ha coniato la frase “exomedicine,” per lo studio di come la microgravità ambienti influenzano la biologia.

“Pensiamo che il termine per la ricerca, lo sviluppo e la commercializzazione di soluzioni mediche in ambiente di microgravità nello spazio–per applicazioni sulla Terra,” ha detto Kimel.

Come Kentucky Spazio iniziò la costruzione di tecnologia per la ISS, hanno cominciato a capire di più su un ambiente di microgravità, dove le persone e gli oggetti vengono visualizzati in assenza di peso, anche se c’è una piccola quantità di gravità ancora al lavoro, e di come ha colpito ciò che ha inviato nello spazio.

Nel 2014, Kimel e Twyman Clements, che ha iniziato come stagista presso Kentucky Spazio-fondata Spazio Tango for-profit, spin-off del Kentucky Spazio, basato su uno spazio-come il modello di servizio.

Che cosa è TangoLab?

Clements e un team di impianti elettrici, meccanici, informatici e ingegneri biomedici ha iniziato a lavorare alla progettazione di TangoLab-1, un sistema automatico di laboratorio che hanno lanciato nello spazio e agganciato all’ISS nell’agosto del 2016. “E’ un laboratorio,” ha detto Clements, “senza [normale] gravità. E ‘ uno stato di pressione, con la normale temperatura ambiente. Hai l’energia elettrica, il loop di raffreddamento, e tutto il resto un normale laboratorio.”

Poi, Spazio Tango sviluppato TangoLab-2, che è stato aggiornato il sistema di raffreddamento, e l’ha installato sulla ISS nel mese di agosto 2017.

“È andato da questo strano cartone animato-cerchi cassette postali a questa elegante macchina,” Clements ha detto.

“La nostra grande cosa circa l’abilitazione di ricerca,” ha detto il Clemente. “Vogliamo utilizzarlo come piattaforma per la produzione, sia in termini di medico e exomedicine tipo di lavoro e di lavoro in termini di materiale.”

Il laboratorio è semplice per gli astronauti. “Sono plug in queste grandi carte che guardare come si sta mettendo la RAM in un computer, farlo scorrere, e a quel punto,” ha detto il Clemente. “Chiudono la porta, e lo accende.” Da lì, Spazio Tango possibile il controllo da terra.

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Di ricerca, esperimenti nello spazio potrebbe rivelare

“La gravità è un parametro fisico, come la temperatura e la pressione, e tutte queste altre cose,” ha detto il Clemente. “E stiamo sfruttando. Che ha, ovviamente, un enorme importanza per come le cose funzione.”

Kimel e Clements ha voluto assicurarsi che qualsiasi cosa fu costruito è compatibile per gli esperimenti biologici. “Che ha aperto la porta per noi, che siamo stati molto sorpresi,” Kimel, ha detto. La maggior parte del lavoro che era stato fatto nello spazio si era concentrata sul astronauta salute, ha detto. In cima a quello, ha detto Kimel, è stato per lo più episodica e grant-driven.

“Ci siamo resi conto, oddio, davvero non so molto su come biologici e fisici dei sistemi di operare al di fuori di gravità”, ha detto Kimel. “Ci sono quattro forze primarie della natura: La forza debole, la forza forte, l’elettromagnetismo e la gravità”, ha detto. “Quando la forza di gravità fuori dall’equazione, ciò che si scopre è che praticamente tutte le vostre ipotesi su come biomedical systems, organismi, geni, et cetera, operare, per uscire dalla finestra”.

Kimel e Clements erano interessati a exomedicine le applicazioni sulla Terra. Come potrebbe microgravità ricerca portano a scoperte e trattamenti migliori? Hanno previsto tre aree di intervento:

Comportamento nello spazio: Quando si mettere le molecole o cellule o tessuti o composti di droga nello spazio, è “ottenere risultati che non ti aspetteresti mai di vedere o non avrebbe mai visto sulla Terra,” Kimel, ha detto. “Che ti dà nuovi spunti su come questi sistemi funzionano, che può portare a nuovi tipi di interventi.” Un espressione genica nello spazio, per esempio, potrebbe essere diverso da ciò che si vorrebbe vedere sulla Terra. Provandola nello spazio, si può vedere se c’è il potenziale per l’espressione genica a tutti, e un modo per avere la stessa reazione sulla Terra. Prodotti biologici e interventi: Kimel vede un grande potenziale di bio-manufatti realizzati nello spazio per utilizzare in Terra. Il trattamento di condizioni nello spazio: Questo può essere un “po’ di più là fuori,” Kimel ammessi. Ma forse certe condizioni, o le persone, sono più efficacemente trattati per le cose in orbita più bassa di quanto lo sarebbero in Terra, solo perché i cambiamenti sistemici nel corpo sono tali che forse ti piacerebbe avere una reazione diversa, o farmaci che non funzionano sulla Terra tendono a lavorare nello spazio a causa di tali modifiche in microgravità.”

Esempi di exomedicine

Per il mese di febbraio 2017 lancio, Spazio Tango lavorato con i ricercatori a Morehead, l’International Spazio Educativo della Scuola Trust (ISSET), e la Tufts University. Ecco quello che studenti e ricercatori volte per imparare.

Il comportamento delle cellule muscolari lisce nello spazio potrebbe portare a trattamenti per le malattie cardiovascolari

Il Capo progetto si è concentrato in particolare sul primo tipo di esperimento … l’esame di comportamento nello spazio. Il gruppo è stato interessato nelle cellule muscolari lisce–uno dei tre tipi di muscolo umano cellule-che la linea di arterie e vene.

“Il tessuto muscolare liscio è l’unico tipo di muscolo che non sappiamo come si contrae a livello cellulare,” Carter mi ha detto, “in modo che quello che stiamo facendo è l’invio di cellule muscolari lisce nello spazio sulla stazione spaziale internazionale e dando loro un periodo di acclimatazione per abituarmi all’ambiente circostante. Che, in sé, ci dà i dati, perché stiamo vedendo come muscolo liscio reagisce nello spazio in assenza di gravità, come l’organizzazione di fattore sui processi cellulari e organizzazione”. Poi, ha detto, le cellule sono “contratto” con uno stimolante, congelati, e inviato di nuovo a Terra per le analisi.

“L’invio all’ISS, che fornisce una nuova piattaforma,” ha detto Carter. “[In microgravità] si sta eliminando un fattore che può o non può influenzare i risultati passati, e si consente a nuove informazioni vengono alla luce.” Lavorando con Spazio Tango, gli studenti possono essere in grado di guardare un feed video dal vivo della contrazione delle cellule e l’accesso in tempo reale dei dati.

Perché il muscolo liscio comportamento importa? “Il muscolo liscio gioca un grande ruolo nel determinare la pressione sanguigna e che interessano condizioni come l’ipertensione,” Gibson mi ha detto. “Tuttavia, il trattamento coinvolge ora di prova e di errore, quindi non so esattamente come questi pressione sanguigna trattamenti che interessano la contrazione del muscolo liscio e come sta cambiando”. Ma attraverso le prove come queste, ha detto, si potrebbe imparare muscolo liscio comportamento, con l’obiettivo di riuscire a capire il modo di manipolare.

In uno stato come il Kentucky, dove la malattia cardiovascolare è stato responsabile di un terzo di tutti i decessi nel 2005, secondo il Kentucky Malattie cardiache e Ictus Programma di Prevenzione, è un problema che non dovrebbe essere presa alla leggera.

Quello che i moscerini della frutta nello spazio ci insegnano circa il morbo di Parkinson sulla Terra

Al ISSET, un’organizzazione BRITANNICA che lavora con gli studenti di diverse università, Julie Keeble aiuta gli studenti in un programma che si chiama Missione di Scoperta. Gli studenti collaborano con pensione astronauti e gli ingegneri della NASA per sviluppare un esperimento, possono inviare all’ISS, e la squadra con il miglior progetto diventa realtà per inviare l’esperimento nello spazio.

Con Spazio Tango, “l’automazione è fantastico, e i sensori che sono brillanti,” Keeble mi ha detto. “Siamo in grado di acquisire grandi quantità di dati, quindi abbiamo avuto alcuni esperimenti che ha funzionato molto bene all’interno di uno Spazio Tango cubo-come il programma di installazione.”

L’esecuzione di esperimenti in condizioni di microgravità ha il potenziale per consentire una serie di scoperte.

Immagine: Spazio Tango

Keeble, che ha una farmacologia di sfondo, è interessato alla cristallizzazione di proteine nello spazio. “Le proteine cristallizzare molto meglio sulla Stazione Spaziale che fanno sulla Terra,” ha detto. “L’industria farmaceutica è stato molto coinvolto con questo principio, perché se si cristallizzano una proteina in modo molto efficace, è molto più facile identificare la sua struttura tridimensionale.” Una volta che accade, ha detto, si può provare a sviluppare trattamenti per il targeting.

Gli studenti ISSET si avvicinò con un’idea per un microgravità esperimento utilizzando i moscerini della frutta. Per conoscere i disturbi del movimento, hanno usato una forma mutante di moscerini della frutta, o di Drosophila–quelli con deformazione delle ali. L’idea era di provare ad imitare i sintomi della malattia di Parkinson.

Per esplorare questo fenomeno, gli studenti sono stati in grado di monitorare il comportamento di un simile mosca della frutta sulla Terra. “La bellezza dello Spazio Tango impostazione è che si può più o meno avere un monitoraggio continuo,” Keeble, ha detto.

“Hai migliaia di laboratori sulla Terra che stanno lavorando verso soluzioni mediche,” Keeble, ha detto. “Quindi hai [laboratori] lassù nello spazio, che sta lavorando su questa roba. C’è così tanto potenziale per trovare soluzioni a problemi medici sulla Terra. È solo trovare il giusto esperimenti e guadagnando l’accesso alla Stazione Spaziale”.

Come platyhelminthes rigenerazione nello spazio ha le lezioni per il trattamento del cancro sulla Terra

Presso la Tufts University di Medford, MA, biologo Michael Levin ha preso un vivo interesse per lo Spazio Tango di installazione e stato uno dei primi a lavorare con Clements e Kimel per sviluppare esperimenti per lo spazio.

“Ci siamo sentiti come è stata solo un occasione unica,” Levin ha detto. “E’ molto difficile ottenere roba lì. Così abbiamo detto, ‘Sì, assolutamente,’ e stato progettato un esperimento, e ci hanno aiutato a farlo fino a spazio, dove è rimasto per circa cinque settimane, e poi tornare giù.”

Levin è interessato, in particolare, nel campo della medicina rigenerativa e per studiare questo, egli utilizza platelminti, che hanno una straordinaria capacità di auto-guarigione.

Il gruppo ha sperimentato con taglio platyhelminthes in pezzi-capi, medio pezzi, e la sua coda, per vedere come si sarebbero rigenerare nello spazio. Il risultato è stato che tutte le code è cresciuto teste, e tutti i capi crebbe la coda. E un verme di 15 cresciuto di due teste dal medio frammento, un risultato che Levin dice che è estremamente raro, in normale rigenerazione eventi.

Secondo Levin, i risultati di questi tipi di esperimenti che potrebbero portare a delle cure per il cancro e modi per far crescere nuovi arti, di riparazione del midollo spinale, e correggere i problemi di sviluppo di embrioni. “Se abbiamo capito che cosa sta succedendo con questi vermi, allora avremmo le risposte a praticamente tutte le domande che abbiamo di medicina e di biologia,” Levin ha detto. “Queste cose sono incredibili.”

“Si scopre che alcuni dei cambiamenti che questi vermi da subito di essere nello spazio, sono i cambiamenti a lungo termine, e quindi stiamo andando a continuare ad analizzare–probabilmente per anni,” ha detto.

“L’idea che si potesse davvero fare un esperimento nello spazio, non ho mai pensato che sarebbe possibile,” Levin ha detto.

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La ricerca nello spazio come un’opportunità di business

Naturalmente, facendo esperimenti nello spazio non è nulla di nuovo. Ha una lunga storia che ha inizio nel 1957, quando i Russi lanciato un cane nello spazio lo Sputnik 2. E per decenni, gli studi biologici sono stati condotti su tutto, dalle piante alle formiche di colture di cellule di materiale per esperimenti scientifici. Ora, però, sembra diverso.

Non solo gli avanzamenti nella tecnologia hanno rivoluzionato quello che è possibile realizzare in questi esperimenti, in termini di sensori, di sorveglianza, macchine fotografiche, e la potenza di calcolo, “l’altra cosa che è diverso oggi è semplicemente che conosciamo meglio le domande,” Levin ha detto. “Così abbiamo la migliore e la migliore tecnologia, una strumentazione migliore, una conoscenza più approfondita di che cosa è e come analizzare queste cose.”

E un fattore chiave per il successo di Spazio Tango lab è che in passato, la maggior parte delle missioni sono stati “uno e fatto,” Levin ha detto, “nel senso che si prende qualcosa, dovete portarlo con voi quando si torna giù.” Ma con la ISS, c’è il potenziale per esperimenti a lungo termine.

Quando lo Spazio Tango ha iniziato a lavorare presso l’ISS, Clements ha detto “era semplicemente folle quanto è stato complesso per i ricercatori, o di una società, di fare qualcosa. L’industria spaziale è uno dei pochi settori che mette la sua complessità giù sul suo cliente,” ha detto. “E’ stato molto difficile per le persone a fare qualsiasi cosa.” Clements ha ritenuto necessario, in quanto il mercato non era stato servito–e la possibilità di offrire una opportunità unica.

“Se si vende questo come uno ‘spazio di opportunità,’ la gente subito messo barriere mentali su quanto sia difficile, o si vuole parlare di ‘noi atterrare sulla luna?'” Clements ha detto. “Ma se si parla di esso come una sorta di fisica cosa–a proposito di sfruttare microgravità, e cosa fare? Come cambia il processo? Diventa quindi un semplice passo di vendite. Sicuramente non credo che ci sia nuovi parametri, e che è quello che TangoLab-1”.

Il exomedicine esperimenti sono in esecuzione in NOI del Laboratorio Nazionale dell’ISS.

Immagine: Spazio Tango

Spazio Tango aveva già volato una mezza dozzina di exomedicine relative missioni, ma sono stati condotti in piccoli laboratori che vorresti andare e tornare, o erano di qualcun altro lab-che non è il loro, fermo laboratorio dell’ISS. In TangoLab-1, che è permanente, possono essere eseguiti 21 diversi tipi di esperimenti, in qualsiasi punto nel tempo.

Per fare questo, Spazio Tango istituito uno Spazio Agire in Accordo con la NASA nel giugno 2017, il che significa che può gestire la propria piattaforma sulla ISS. Non è stato facile ottenere, e solo poche aziende hanno attualmente.

Clements e Kimel non sono gli unici a vedere l’enorme potenziale di opportunità di business che la sperimentazione nello spazio potrebbe offrire a imprese private. Howie Diamante, un venture capitalist con sede a San Francisco, è stato lavorare con lo Spazio Tango a partire dal 2015. “Ho ammirato il loro caos”, ha detto. “Non è stata solo un’idea su una lavagna, ma erano in realtà in esecuzione contro di essa.”

Diamante vede lo spazio come una grande opportunità per le imprese.

“Crescendo, si guarda allo spazio come una destinazione di Diamante” mi ha detto. “Ora, si guarda come una risorsa-e si guarda come una valida risorsa. Si pensa, ‘Wow! Come possiamo sfruttare questa risorsa per risolvere i grandi problemi sulla Terra?’

“Sembra molto di fantascienza-y,” ha detto il Diamante, “ma in realtà accadendo. E ‘ una dinamica di maturazione e di mercato.

“C’è un sacco di soldi per essere messo in questo settore, di Diamante”, ha detto. “Penso che i 15 miliardi di dollari è stato investito, attraverso il settore privato solo in commercializzati spazio verticale. 5 miliardi di dollari appositamente venuto da VCs, la maggior parte provenienti dall’negli ultimi tre anni”. Egli vede come un movimento veloce, area di altri hot-button settori tech, come la realtà virtuale. “La commercializzazione di spazio è molto più lungo e molto più dinamico e innovativo di realtà virtuale”, ha detto, “ed è più applicata praticamente.”

“Questo settore è stato al riparo dalla concorrenza per un lungo periodo di tempo, per decenni,” ha detto il Diamante. “Non c’è stato mai un boom di spazio, perché era così difficile arrivarci. Era così costoso.” Il calo del costo ora, ha detto, sta causando un sacco di concorrenza.

E più concorrenza potrebbe portare a ulteriori progressi in exomedicine. “Con aziende come NanoRacks e Spazio Tango, rendendo accessibile commercialmente per fare questo, si sta per aprire il campo di exomedicine enormemente con il passare del tempo,” Keeble, ha detto.

Qual è il tuo prossimo Spazio Tango?

Nel novembre del 2017, Spazio Tango OA-8 missione lanciato una navicella spaziale chiamata Cigno (da produttore aerospaziale Orbitale ATK) in orbita e agganciato alla ISS. Cygnus è essenzialmente una sonda spaziale senza equipaggio, che porta l’equipaggio materiali di consumo, di merci, e di esperimenti. Cygnus è diventato il nuovo luogo per ospitare un esperimento condotto dall’senza scopo di lucro Orbite Superiori che esamina gli effetti delle radiazioni. OA-8 missione anche consegnato quattro ulteriori carichi di TangoLab-2.

Spazio Tango, inoltre, ha inviato quattro carichi sul suo SpX-13 missione in dicembre 2017, di cui uno era un Anheuser-Busch esperimento per imparare circa la produzione di seme d’orzo esposizione e il processo di germinazione-con l’obiettivo di un giorno di essere la prima azienda a produrre birra su Marte. Spazio Tango sarà l’invio di carichi sul suo SpX-missione 14 all’inizio di aprile 2018; un altro Anheuser-Busch esperimento e diversi altri esperimenti. La società prevede di continuare le missioni in un futuro prevedibile.

Più che mai, Kimel vede lo spazio come un grande, inesplorato frontiera della medicina in cui perseguire biomedica soluzioni. “Non stiamo facendo alcun grandioso crediti,” ha detto. “Non stiamo dicendo che sta andando a curare il cancro in due settimane. Quello che stiamo dicendo è che è praticamente sconosciuto. E ‘ un primo passo importante scoperta.

“E se la prossima innovazione medica non è sul pianeta Terra?”

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