Lyofilisering kan hjælpe med at skabe mad til rumrejser, ny medicin mod kræft

Forskning fortsætter på en eventuel 140-millioner-mile-mission til Mars, udvikling af den nyeste transport samt levesteder, der er nødvendige for den røde planet.

Men at påbegynde en sådan mission og leve sikkert både under og bagefter er forskellige ideer. Sidstnævnte er Alina Alexeenkos forskningsfokus.

"Vi ved, hvordan vi kommer til rummet, men det er ikke det samme som at vide, hvordan man overlever der, " sagde Alexeenko, en Purdue-professor i aeronautik og astronautik. "Hvis vi skal lave en koloni på Mars, vi vil ikke sende piller eller en farmaceutisk fabrik. Der vil ikke være et CVS på Mars."

For at sikre, at astronauter har næring og medicin til at overleve sådan en årelang satsning ud i rummet, Alexeenko har påtaget sig adskillige forskningsprojekter, der involverer frysetørring, også kaldet frysetørring.

Lyofilisering bruger en steril, vakuummiljø for at fjerne vand fra produkter som mad og medicin, efter at de er frosset. Processen omdanner den frosne fugt i emnerne til en damp, fjerne væskefasen.

Resultaterne øger medicinens stabilitet og holdbarhed og forbedrer evnen til at opbevare og transportere mad, samtidig med at dens ernæringsmæssige værdi bevares. Lyofilisering bruges i næsten halvdelen af ​​de biofarmaceutiske lægemidler, der er fremstillet.

"Hvis vi skal lave en koloni på Mars, vi vil ikke sende færdige piller eller en farmaceutisk fabrik, "Alekseenko sagde. "Vi er nødt til at genopfinde, hvordan medicin vil blive opbevaret og transporteret, og lyofilisering vil være involveret, fordi vi bliver nødt til at bevare medicin på lang sigt."

Alexeenko er stiftende meddirektør for Advanced Lyophilization Technology Hub, eller LyoHub, baseret i Birck Nanotechnology Center i Purdue's Discovery Park. Hun får selskab af Elizabeth Topp, medstiftende meddirektør og professor i industriel og fysisk farmaci.

Mad og medicin er ikke de eneste ting, der kan underkastes lyofilisering. Alexeenko sagde, at et biologisk vandbehandlingssystem til rumstationer og rumkolonier fokuserer på at holde bakterier i live i en frysetørret tilstand. Bakterierne kan derefter bruges til at behandle vandet.

"Jeg tror, ​​det er den mindst kendte af de vigtigste teknologier, der blev opfundet i det 20. århundrede, " sagde hun. "Hvis du ser på virkningen, det er ret væsentligt. Der er så mange aspekter af det ud over rummet, såsom fremstilling og teknologi."

Så ukendt, faktisk, at Alexeenko selv siger, at det var tilfældigt, at hun begyndte sit arbejde med frysetørring. Som andetårs adjunkt i 2007, Alexeenko fik en e-mail fra en ingeniør fra Holland, hvor han spurgte om en usædvanlig tilstand af gasser, han sagde, han stødte på under frysetørring. Hun spurgte en kollega ved siden af, om han nogensinde havde hørt om sådan teknologi, og han pegede hende mod en ven på College of Pharmacy.

Farmaceutiske produkter er en stor modtager af fordelene ved frysetørring. Det blev først brugt til at stabilisere blodplasma til behandling af børneinfektioner, før vacciner var tilgængelige og senere tillod brugen af ​​blodbanker under Anden Verdenskrig og tillod kort efter masseproduktion af penicillin. Det er nu en del af processen for mange nye anti-cancer og anti-reumatoid arthritis medicin og mange vacciner.

Lyofiliseringsforskning fokuserer mere på selve processen sammenlignet med, hvordan den kan bruges. Nye kontrolmetoder og sensorer forbedrer en mindre end effektiv proces, som Alexeenko sammenlignet med at lave småkager i en ovn, en batch ad gangen.

"Du har opskriften, men du ved ikke nødvendigvis, hvad der sker, før det er færdigt, og du trækker dem ud, " sagde hun. "Men sensorer kan give information i realtid, og kontroller kan holde processen inden for et område, der er sikkert for det molekyle, der er påvirket."

Purdues LyoHub består af et konsortium af mere end 20 industriledere inden for fødevaremedicin og andre områder. Alexeenko sagde, at et af projekterne har udviklet en numerisk simulering for at forstå sandsynligheden for lyofilisering, giver mulighed for en computertest frem for en kostbar eksperimentel kørsel.

Industri-universitetspartnerskabet har også produceret et første teknologikøreplan inden for lyofilisering og arbejder på det første sæt videnskabsbaserede standarder for teknologien.

"Fordi det er gjort i et vakuum, det tager meget energi og kan være svært, " Alexeenko sagde. "Det er en meget kompleks fremstillingsproces med en masse fysik, der er meget indviklet.

"Der er meget plads til forbedringer, " sagde hun. "Det er en ret laveffektiv teknologi. Jeg vil se, i min professionelle karriere, processen gjort meget hurtigere og kontinuerlig."