SVENSKA

Exomedicine anländer: Hur labs i rymden skulle kunna bana väg för hälso-och sjukvård genombrott på Jorden

116

Noll

Denna artikel publicerades ursprungligen som en TechRepublic omslag.

Tidigt på söndag morgon, den 19 februari 2017, ett gäng om ett tiotal åskådare-bland annat två high school-elever, två akademiska rådgivare, och ett team av ingenjörer–samlades på den nyrenoverade Launch pad 39A vid NASA: s Kennedy Space Center i Cape Canaveral, FL, ivrigt stärkande för en raketuppskjutning.

Raketen var de att titta på–SpaceX ‘ s Falcon 9–var bära en speciell nyttolast från Rymden Tango, en start som hjälper företag och forskare utforma och skicka experiment till den Internationella rymdstationen (ISS). Falcon 9 skulle leverera koncernens nyttolast till TangoLab-1 anläggning på ISS. Det fanns Plats att dansa Tango ‘ s första officiella försök att använda ISS att genomföra experiment för forskare och kunder som en del av sin verksamhet.

“När det draghjälp,” Jennifer Carter sa till mig, “vi kände att de tre ljudbangar.” Carter, biträdande direktör för Morehead State University ‘ s Hantverk Academy for Excellence in Science, hade varit rådgivare till de två studenter vid lanseringen, Danielle Gibson och Kommer Casto, året om. Och, Michael E. Fultz, en lektor i biologi vid Morehead, var en mentor för eleverna. Gruppen arbetade med Utrymme Tango för att utveckla ett sätt att skicka deras kultur biologi experiment till rymdstationen.

Varför kunde de skicka det till rymden? De ville se vad som skulle hända när allvaret var bort från ekvationen, och vad det skulle betyda för biologi och hälso-och sjukvård.

Här kommer exomedicine

Under 2006, i ett litet kontor i Lexington, KY, flera vetenskapsmän och forskare från Morehead universitet, University of Kentucky, University of Louisville, Murray State University, Western Kentucky University, och en handfull av högskolor, började designa och bygga små, kub-formade orbital satelliter för att skicka ut i rymden. De var medlemmar i den ideella Kentucky Utrymme, LLC, och deras satelliter, som de började lansera under 2011 var ungefär storleken av en vävnad rutan.

Det var början på en satsning på ett nytt sätt att utnyttja de befogenheter yttre rymden–särskilt inriktade på innovation inom medicin.

De experiment som inleddes under 2010, efter att NASA sa att det skulle avveckla sin space shuttle program, som genomfördes följande år. Privata företag och grupper som Kentucky Utrymme tittat närmare på hur de kunde skicka nyttolaster i rymden. Och med utvecklingen av billigare teknik, målet blev genomförbart.

I 2010, Kentucky Utrymme träffade Barry Blumberg, som hade vunnit Nobelpriset för upptäckten av hepatit B-virus, och hjälpt till att utveckla ett vaccin för att bekämpa det.

“Jag visste att en av två saker skulle hända,” säger Kris Kimel, ordförande i Kentucky Utrymme och en av grundarna av Space Tango. “Mötet kommer att gå riktigt bra eller riktigt dåligt, sade han. “Det slutade att gå riktigt bra, och han blev en stor förespråkare och anhängare.”

Det var då som den grupp som myntade uttrycket “exomedicine,” för studier av hur mikrogravitation miljöer påverkar biologi.

“Vi tycker om att begreppet forskning, utveckling och kommersialisering av medicinska lösningar i mikrogravitation miljön i rymden–för applikationer på Jorden,” sade Kimel.

Som Kentucky Rymden började bygga teknik för ISS, de började förstå mer om en mikrogravitation miljö-där människor och objekt visas viktlös, även om det är en liten mängd av tyngdpunkten fortfarande på jobbet-och hur det påverkade vad de sände ut i rymden.

I och med 2014, Kimel och Twyman Clements-som började som praktikant på Kentucky Utrymme, som grundades Utrymme Tango, för-vinst spin-off av Kentucky Utrymme, baserat på en plats-as-a-service-modellen.

Vad är TangoLab?

Clements och ett team av elektriska, mekaniska, dator, och biomedicinska ingenjörer fick till arbete med design TangoLab-1, en automatiserad lab som de lanserat i rymden och ansluten till ISS i augusti 2016. “Det är ett laboratorium,” sade Clements, “bara utan [normal] allvar. Det är ett tillstånd av trycket, med normal rumstemperatur. Du har elektricitet, kyla slingor, och allt annat som en vanlig laboratorium har.”

Sedan, Utrymme Tango utvecklat TangoLab-2, som har en uppgraderad kylsystem, och installerade det på ISS i augusti 2017.

“Det gick från denna mycket konstiga cartoonish-letar-brevlåda till denna snygga maskin,” Clements sagt.

“Vår stora sak handlar om att möjliggöra forskning,” sade Clements. “Vi vill använda det som en plattform för tillverkning, både i form av medicinska och exomedicine typ av arbete och arbete i form av material.”

Labbet är enkelt för astronauterna att ställa upp. “De kontakten i dessa stora kort som ser ut som du lägger RAM i en dator, skjut in det i, och det är det,” sade Clements. “De stänger dörren, och de slår på den.” Från det Utrymme Tango kan styra den från marken.

Ladda ner denna artikel som PDF (gratis registrering krävs).

Vilken forskning experiment i rymden skulle kunna avslöja

“Gravitationen är en fysisk parameter, som temperatur och tryck, och alla dessa andra saker,” sade Clements. “Och vi utnyttja det. Som uppenbarligen har en enorm betydelse för hur saker och ting fungerar.”

Kimel och Clements ville se till att allt var byggt var kompatibel för biologiska experiment. “Som öppnade dörren för oss, vilket vi var ganska förvånade över med,” Kimel sagt. Det mesta av det arbete som hade gjorts i rymden hade varit inriktad på astronaut hälsa, sade han. På toppen av det, sa Kimel, det var mest episodiska och ge-driven.

“Vi insåg att, oj, vi vet inte särskilt mycket alls om hur biologiska och fysikaliska system verkar utanför allvar,” sade Kimel. “Det finns fyra primära krafter i naturen: Den svaga kraften, den starka kraften, elektromagnetism och gravitation,” sade han. “När du tar gravitationen ur ekvationen, och vad du hittar är att i princip alla dina antaganden om hur biomedical systems, organismer, gener, et cetera, arbeta, gå ut genom fönstret.”

Kimel och Clements var intresserade av exomedicine program på Jorden. Hur kunde mikrogravitation forskning leda till upptäckter och bättre behandlingar? De föreställde tre fokusområden:

Beteende i rymden:

Biologiska produkter och insatser:

Behandling av tillstånd i rymden:

Exempel på exomedicine

För februari 2017 starta, Utrymme Tango tillsammans med forskare vid Morehead, Internationella Skolan Educational Trust (ISSET), och Tufts University. Här är vad studenter och forskare som syftar till att lära sig.

Beteende av glatta muskelceller i rymden skulle kunna leda till behandlingar för hjärt-och kärlsjukdomar

Den Morehead projektet fokuserar särskilt på den första typen av experiment–att undersöka beteende i rymden. Gruppen var intresserad av glatta muskelceller–en av tre typer av mänskliga muskelceller–den linjen artärer och vener.

“Smidig muskel är den enda typ av muskler där vi inte vet hur det kontrakt på en cellulär nivå,” Carter sa till mig, “så vad vi gör är att skicka glatta muskelceller i rymden på ISS och ge dem en acklimatisering period bara för att få användas till omgivningen. Det i sig ger oss data, eftersom vi ser hur smidig muskel reagerar i rymden utan gravitation som den organiserande faktor på cellulära processer och organisation.” Sedan, sade hon, cellerna “kontrakterade” med en stimulerande, frysta, och skickas tillbaka till Jorden för analys.

“Skicka det till ISS erbjuder en ny plattform,” sade Carter. “[I mikrogravitation] du eliminera en faktor som kan eller inte kan påverka tidigare resultat, och du är så ny information att komma till ljuset.” Genom att arbeta med Utrymme Tango, eleverna skulle kunna titta på en live video feed av cellens kontraktion och få tillgång till nära realtid.

Varför smidig muskel beteende för roll? “Din smidig muskel spelar en mycket stor roll i att bestämma ditt blodtryck och påverkar sjukdomar som hypertoni,” Gibson berättade för mig. “Men, behandlingen nu handlar om trial and error, så att de inte vet exakt hur dessa blodtryck behandlingar påverkar smidig muskel kontraktion och hur det är att ändra det.” Men genom prövningar som dessa, sade hon, man kan lära sig smidig muskel beteende, med målet att så småningom att räkna ut olika sätt att manipulera det.

I ett tillstånd som Kentucky, där hjärt-och kärlsjukdomar var ansvarig för en tredjedel av alla dödsfallen under 2005, enligt Kentucky hjärtsjukdomar och Stroke Förebyggande Program, det är en fråga som inte bör tas på allvar.

Vad bananflugor i rymden lära oss om Parkinsons sjukdom på Jorden

På ISSET, en UK-baserad organisation som arbetar med studenter på olika universitet, Julie Keeble hjälper studenter i ett program som heter Uppdrag Upptäckt. Studenter samarbetar med pensionerad NASA astronauter och ingenjörer för att utveckla ett experiment som de kan skicka till ISS, och laget med den bästa projekt faktiskt får skicka experiment i rymden.

Med Utrymme Tango, “automatiseringen är fantastiska, och de sensorer som de har är lysande,” Keeble berättade för mig. “Vi kan förvärva stora mängder data, så vi hade vissa experiment som fungerade riktigt bra i ett Utrymme Tango kub-liknande setup.”

Keeble, som har en farmakologi bakgrund, är intresserad av kristallisering av proteiner i rymden. “Proteiner kristallisera mycket bättre på rymdstationen än de gör här nere på Jorden,” sade hon. “Läkemedelsindustrin har varit ganska involverad med denna princip, eftersom om du kristallisera ett protein som mycket effektivt sätt, är det mycket lättare att identifiera dess tredimensionella struktur.” När det händer, sade hon, du kan försöka att utveckla behandlingar för att rikta det.

Eleverna på ISSET kom upp med en idé för en mikrogravitation experiment med bananflugor. Att lära sig om rörelserubbningar, använde de en muterad form av bananflugor, eller Drosophila-de med deformerade vingar. Tanken var att försöka efterlikna symptom av Parkinsons sjukdom.

För att utforska detta fenomen, studenterna har möjlighet att övervaka beteende av en liknande frukt flyga på Jorden. “Det fina med Utrymme Tango inställning är att du kan mer eller mindre kontinuerlig övervakning,” Keeble sagt.

“Du har fått tusentals laboratorier på Jorden som arbetar för medicinska lösningar,” Keeble sagt. “Då har du fått [två labs] uppe i rymden som är arbetar på det här. Det finns så mycket potential att komma med lösningar på medicinska problem ner på Jorden. Det är bara att hitta rätt experiment och få tillgång till rymdstationen för att göra det.”

Hur plattmaskar förnyelse i rymden har lektioner för att behandla cancer på Jorden

Vid Tufts University i Medford, MA, biologen Michael Levin tog ett stort intresse i Rymden Tango setup och var en av de första att arbeta med Clements och Kimel att utveckla experiment för rymden.

“Vi kände att det bara var ett unikt tillfälle,” Levin sade. “Det är väldigt svårt att få saker upp det. Så vi sade, ‘Ja, absolut’, och utformat ett experiment, och de hjälpte oss att få upp det till rymden, där det stannade i ungefär fem veckor och kom sedan tillbaka.”

Levin är intresserade, särskilt i regenerativ medicin och för att studera detta använder han flatworms, som har en unik förmåga att själv läka.

Gruppen experimenterade med att skära plattmaskar i bitar–huvuden, mitten bitar, och svansar-för att se hur de skulle regenerera i rymden. Resultatet blev att alla de svansar växte huvuden, och alla huvuden växte svansar. Och en mask av 15 växte två huvuden från mitten fragment, ett resultat som Levin säger är utomordentligt sällsynt i normal förnyelse händelser.

Enligt Levin, resultaten från dessa typer av experiment kan leda till ett botemedel för cancer och sätt att växa nya lemmar, reparation ryggmärgen, och rätt utvecklingsproblem i embryon. “Om vi förstod vad som händer med dessa maskar, då skulle vi ha svar på ganska mycket alla de frågor som vi har om medicin och biologi,” Levin sade. “Dessa saker är fantastiska.”

“Det visar sig att några av de förändringar som dessa maskar har genomgått från att vara i rymden är långsiktiga förändringar, och så kommer vi att fortsätta att analysera–förmodligen i flera år,” sade han.

“Tanken är att vi faktiskt skulle kunna göra ett experiment i rymden, som jag aldrig trodde skulle vara möjligt,” Levin sade.

Ladda ner denna artikel som PDF (gratis registrering krävs).

Forskning i rymden som en affärsmöjlighet

Naturligtvis, gör experiment i rymden är inget nytt. Det har en lång historia, med början år 1957, när Ryssarna inledde en hund i rymden på Sputnik 2. Och i årtionden, biologiska undersökningar har genomförts om allt från växter till myrorna för att cellodlingar till material som vetenskapliga experiment. Nu, dock, verkar annorlunda.

Inte bara har framsteg inom tekniken som revolutionerade vad som är möjligt att åstadkomma i dessa experiment, i form av sensorer, övervakning, kameror och datorkraft, “en annan sak som är annorlunda nu är helt enkelt att vi vet bättre frågor att ställa,” Levin sade. “Så att vi får bättre och bättre teknik, bättre instrumentering, mer kunskap om vad det är och hur man analyserar dessa saker.”

Och en viktig faktor i framgången för Utrymme Tango ‘ s lab är att i det förflutna, de flesta uppdrag var “och gjort,” Levin sade, “i den meningen att du tar upp något, du har för att få ner det med dig när du kommer tillbaka.” Men med ISS, det finns potential för ett långsiktigt experiment.

När Utrymme Tango började arbeta på ISS, Clements sa “det var bara galen hur komplicerat det var för forskare, eller ett företag, att göra något. Rymden är en av de få branscher som sätter sin komplexitet ner på sina kunder”, sade han. “Det var mycket svårt för människor att göra något upp det.” Clements såg ett behov, eftersom marknaden inte var på service-och en möjlighet att erbjuda en unik möjlighet.

“Om du säljer detta som en” space möjlighet, ” människor omedelbart sätta upp mentala barriärer om hur svårt det är, eller att de vill tala om att vi kommer att landa på månen?'” Clements sagt. “Men om du talar om det som ett slags fysik sak-om att utnyttja mikrogravitation, och vad gör det? Hur fungerar det att ändra din process? Då blir det en lättare säljargument. Vi tror definitivt att det finns nya parametrar, och det är vad TangoLab-1 byggdes.”

Utrymme Tango hade redan flugit ett halvt dussin exomedicine-relaterade uppdrag, men de genomfördes i små laboratorier som skulle gå upp och tillbaka, eller om de var någon annans lab-inte sina egna, stationära lab på ISS. I TangoLab-1, som är permanent, de kan springa 21 olika typer av experiment vid varje given tidpunkt.

För att göra detta, Utrymme Tango etablerat ett Utrymme att Agera Avtal med NASA i juni 2017, vilket innebär att det kan driva sin plattform på ISS. Det var inte lätt att få, och endast ett fåtal företag som för närvarande har det.

Clements och Kimel är inte de enda att se den enorma potential som företag möjlighet att experimentera i rymden skulle kunna erbjuda privata företag. Howie Diamond, en riskkapitalist baserat i San Francisco, har arbetat med Utrymme Tango sedan 2015. “Jag beundrade deras liv,” sade han. “Det var inte bara en idé på en whiteboard-de var faktiskt köra mot det.”

Diamond ser utrymme som en enorm möjlighet för företag.

“Att växa upp, du ser på plats som en destination,” Diamond berättade för mig. “Nu, du ser på det som en resurs–och du ser på det som en lönsam resurs. Du tänker, ” Wow! Hur gör vi för att ta tillvara denna resurs för att lösa stora problem på Jorden?”

“Det verkar mycket science fiction-y,” sade Diamond, “men det är faktiskt händer. Det är en dynamisk och mogna marknaden.

“Det är mycket pengar som läggs in i den här sektorn,” Diamond sa. “Jag tror att $15 miljarder var placerade genom den privata sektorn bara i den kommersialiserade utrymme vertikalt. $5 miljarder som särskilt kom från Riskkapitalbolagen, de flesta kommer från under de senaste tre åren.” Han ser också det som rör sig snabbare än andra hot-knappen sektorer i tech, som virtuell verklighet. “Kommersialiseringen av rymden är mycket längre och mycket mer dynamisk och innovativ än virtuell verklighet är,” sade han, “och det är mer praktiskt.”

“Den här branschen har varit skyddade från konkurrens under en lång tid, flera decennier,” sade Diamond. “Det var bara aldrig en boom i rymden eftersom det var så svårt att få det. Det var bara så dyrt.” Nedgången i pris nu, sade han, leder till en hel del konkurrens.

Och mer konkurrens skulle kunna leda till att fler genombrott i exomedicine. “Med företag som NanoRacks och Utrymme Tango göra den tillgänglig kommersiellt för att göra detta, det kommer att öppna upp området för exomedicine enormt mycket som tiden går,” Keeble sagt.

Vad är nästa för Utrymme Tango?

I November 2017, Utrymme Tango s OA-8 uppdrag inlett ett rymdskepp som kallas Cygnus (från flygplanstillverkare Orbital ATK) i omloppsbana och dockad till ISS. Cygnus är i huvudsak en obemannad rymdfarkost som bär crew leveranser, frakt och experiment. Cygnus blev ny plats att vara värd för ett experiment som utfördes av den ideella Högre Banor som undersöker effekter av strålning. OA-8 uppdrag levererade också fyra extra lasten att TangoLab-2.

Utrymme Tango också skickat fyra nyttolast på sin SpX-13 uppdrag i December 2017, av vilka den ena var en Anheuser-Busch experimentera för att lära sig om att producera korn exponering och grobarhet process-med målet att en dag bli det första företaget att brygga öl på Mars. Utrymme Tango kommer att skicka nyttolast på sin SpX-14 uppdrag i början av April 2018, det kommer att innehålla en annan Anheuser-Busch experiment och flera andra experiment. Företaget planerar att fortsätta uppdrag inom överskådlig framtid.

Mer än någonsin, Kimel ser utrymme som en stor, outforskat inom medicin där att fortsätta biomedicinska lösningar. “Vi gör inte några storslagna påståenden”, sa han. “Vi säger inte att vi kommer att bota cancer i två veckor. Vad vi säger är att det är i princip okänd. Det är ett första viktigt steg i discovery.

“Vad händer om de kommande medicinska genombrott är inte på planeten Jorden?”

Ladda ner denna artikel som PDF (gratis registrering krävs).

Se också:

Video: Hur Kentucky-baserade Space Tango är att göra ett intryck med mikrogravitation (TechRepublic)Hur Mark Shuttleworth blev den första Afrikanska i rymden och lanserade ett program revolution (TechRepublic)Överdrivet cheesy och klumpigt Falcon Heavy stunt fyller rymden vakuum (ZDNet)Grafen tester anledning att fira i rymden experiment (ZDNet)#WeAreNotWaiting: Diabetiker är att hacka deras hälsa, eftersom traditionella systemen har misslyckats med dem (TechRepublic)

Relaterade Ämnen:

CXO

Digital Omvandling

Tech-Industrin

Smarta Städer

Cloud