3-D-printbare værktøjer til at studere astronauts sundhed

Hvis mennesker er bestemt til det dybe rum, de skal forstå rummiljøet ændrer sundhed, herunder aldring og antibiotikaresistens.

Et nyt NASA-projekt kunne hjælpe. Det har til formål at udvikle teknologi, der bruges til at studere "omics" - områder inden for mikrobiologi, der er vigtige for menneskers sundhed. Omics omfatter forskning i genomer, mikrobiomer og proteomer.

Omics in Space-projektet ledes af NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. Projektet blev for nylig finansieret af NASA's Translational Research Institute for Space Health fire års studier. I løbet af den tid, NASA håber at udvikle 3-D printbare designs til instrumenter på den internationale rumstation (ISS), der kan håndtere væsker som blodprøver uden at spilde i mikrotyngdekraften. Disse værktøjer kunne gøre det muligt for astronauter at analysere biologiske prøver uden at sende dem tilbage til Jorden.

At lære, hvordan bakterier påvirker besætningens sundhed, eller hvordan gener påvirker aldring og sygdom, kan sikre sikkerheden ved langsigtede missioner til Mars og videre.

Ingen overnatningspost i rummet

NASA har allerede studeret omics med indsatser som Microbial Tracking 1-eksperimentet, som undersøgte mikrobiel diversitet på rumstationen. Men der er ingen måde at behandle prøver på stationen lige nu, så de skal sendes ned til Jorden.

Der kan gå måneder mellem det tidspunkt, en prøve tages, og en analyse er udført, sagde Kasthuri Venkateswaran fra JPL, hovedefterforsker for Omics in Space-projektet.

"Du har ikke post, når du går i rummet, " sagde Venkateswaran. "Du skal lave hele analysen selv. Dette projekt vil udvikle et automatiseret system til at studere molekylærbiologi med minimal besætningsintervention."

En af de største udfordringer med at forberede prøver er håndtering af væsker i mikrogravitation. Astronauter indsamler en række forskellige prøver, inklusive deres eget spyt og blod, samt mikrober svabet fra ISS'ens vægge. Disse prøver skal derefter blandes med vand, så de kan injiceres i instrumenter til analyse. Uden de rigtige værktøjer, prøver kan spildes, flyde eller danne luftbobler, der kan kompromittere resultaterne.

Et stort skridt i 2016

Sidste år, NASA tog et stort skridt ved at sekvensere DNA i rummet for første gang. Astronauter brugte en lille, håndholdt sekventeringsværktøj kaldet MinION, udviklet af Oxford Nanopore Technologies.

Omics in Space vil bygge videre på denne succes ved at udvikle en automatiseret DNA/RNA-ekstraktor, som vil forberede prøver til aMinION-enhed. En kritisk del af denne ekstraktor er en 3-D-printbar plastikpatron, der er nødvendig for at udtrække nukleinsyrer fra prøverne til MinION-sekventering.

Al denne teknologi er blevet testet her på Jorden, sagde Camilla Urbaniak, en postdoktoral forsker ved JPL og medforsker om Omics in Space.

"Vi tager det, der er på Jorden for at analysere DNA og konsolidere alle trinene i et automatiseret system, Urbaniak sagde. "Det nye er, at vi udvikler en one-stop-shop, der kan udtrække og behandle alle disse prøver."

Fremtiden for Space Health

Tidligere omics -forskning har afsløret, at astronautens immunsystem har en tendens til at være svagere efter at have boet på ISS. Forskere ved ikke hvorfor.

Epigenetikområdet, som studerer, hvordan gener udtrykkes – inklusive hvordan mennesker ældes – kunne hjælpe med at forklare, hvordan mikrotyngdekraft og kosmiske stråler påvirker vores DNA.

Men Omics in Space handler ikke kun om de menneskelige passagerer, der rejser til ISS. Der er også mikrober, båret af både mennesker og gods, som samler sig om bord på rumfartøjer.

"Vi er nødt til at sammensætte en 'passagerliste' over de mikrober, der kører langs med rummet, " sagde Nitin Singh fra JPL, en anden medforsker på projektet. "Derefter, Astronauter kan opdage genetiske markører, der afslører, om disse mikrober er nyttige eller skadelige - den 'bagage', som disse passagerer bringer med sig."

At kunne reagere på ændringer i en besætnings miljø er afgørende under lange rumrejser, sagde Ganesh Mohan fra JPL, en medforsker på projektet, som skal arbejde med at opdage patogene mikrober.

"Du kan se, om en muligvis skadelig mikrobe er stigende i antal i realtid. Hvis det er nødvendigt, så kunne vi tage skridt til at modvirke disse mikrober, " sagde Mohan.