Biostasis har til formål at forhindre død efter traumatisk skade ved at bremse biokemiske reaktioner inde i celler

Når et servicemedlem får en traumatisk skade eller akut infektion, Tiden fra hændelsen til den første medicinske behandling er normalt den vigtigste enkeltfaktor for at bestemme udfaldet mellem at redde et liv eller ej. Førstehjælpere skal handle så hurtigt som muligt, først for at sikre en patients rene overlevelse og derefter for at forhindre permanent invaliditet. Forsvarsministeriet henviser til denne kritiske, indledende tidsvindue som "den gyldne time, "men i mange tilfælde kan muligheden for at gribe ind vare meget mindre end tres minutter, Derfor investerer militæret så meget i at flytte ofre så hurtigt som muligt fra slagmarken til passende medicinske faciliteter. Imidlertid, på grund af kampens realiteter, der er ofte hårde grænser for tilgængeligheden af ​​hurtig medicinsk transport og pleje.

DARPA skabte Biostasis-programmet for at udvikle nye muligheder for at forlænge den gyldne time, ikke ved at forbedre logistik eller slagmarkspleje, men ved at gå efter selve tiden, i hvert fald hvordan kroppen klarer det. Biostasis vil forsøge direkte at adressere behovet for yderligere tid i kontinuerligt fungerende biologiske systemer, der står over for katastrofale, livstruende begivenheder. Programmet vil udnytte molekylærbiologi til at udvikle nye måder at kontrollere den hastighed, hvormed levende systemer fungerer, og dermed forlænge tidsvinduet efter en skadelig hændelse, før et system kollapser. I det væsentlige, konceptet har til formål at bremse livet for at redde liv.

"På det molekylære niveau, livet er et sæt af kontinuerlige biokemiske reaktioner, og et definerende kendetegn ved disse reaktioner er, at de har brug for en katalysator for overhovedet at forekomme, " sagde Tristan McClure-Begley, programlederen for Biostasis. "Inde i en celle, disse katalysatorer kommer i form af proteiner og store molekylære maskiner, der omdanner kemisk og kinetisk energi til biologiske processer. Vores mål med Biostasis er at kontrollere disse molekylære maskiner og få dem til at bremse deres roll i nogenlunde samme hastighed, så vi kan bremse hele systemet elegant og undgå negative konsekvenser, når indgrebet vendes eller aftager."

Programmet vil forfølge forskellige tilgange til at bremse biokemiske processer i levende celler. Ideelt set disse tilgange vil skalere fra simple biologiske behandlinger såsom antistoffer til mere holistiske behandlinger, der kan anvendes på hele celler og væv, til sidst skalering helt op til niveauet af en komplet organisme. Succesfulde tilgange vil opfylde betingelserne for, at systemet bremses på tværs af alle målbare biologiske funktioner, og at det gør det med minimal skade på cellulære processer, når systemet vender tilbage og genoptager normal hastighed.

"Vores behandlinger skal ramme alle cellulære processer med næsten samme hastighed, og med samme styrke og effektivitet, "sagde McClure-Begley. "Vi kan ikke fokusere behandlinger til kun at afbryde en delmængde af kendte kritiske processer."

For eksempel, cellulær respiration er afgørende for mange cellulære processer, men de andre processer lukker ikke ned samtidig, hvis respirationen er blokeret. De utilpassede reaktioner fra en sådan intervention ville i sidste ende dræbe cellen.

I stedet, DARPA leder efter biokemiske tilgange, der kontrollerer cellulær energi på proteinniveau. Proteiner er arbejdshestene for cellulære funktioner, og naturen byder på flere eksempler på organismer, der bruger proteiner til at hjælpe dem med at overleve ekstreme miljøforhold. Væsner som tardigrader og skovfrøer udviser en egenskab kendt som "cryptobiose, "en tilstand, hvor alle metaboliske processer ser ud til at være stoppet, alligevel består livet. I tilfælde af tardigrader - mikroskopiske hvirvelløse dyr i daglig tale kendt som "vandbjørne" - kan de overleve frysning, næsten total dehydrering, og ekstrem stråling. Skovfrøer, i mellemtiden, kan overleve at blive frosset helt fast i dagevis. Og mens de specifikke molekylære mekanismer involveret i disse dyr er meget forskellige, de deler et fælles biokemisk koncept:de stabiliserer selektivt deres intracellulære maskineri.

"Naturen er en kilde til inspiration, " sagde McClure-Begley. "Hvis vi kan finde ud af de bedste måder at styrke andre biologiske systemer på og gøre dem mindre tilbøjelige til at komme ind i en løbsk nedadgående spiral efter at være blevet beskadiget, så vil vi have lavet en væsentlig tilføjelse til biologiværktøjskassen."

Biostasis er oprindeligt rettet mod at generere proof-of-concept, benchtop-teknologier og afprøvning af deres anvendelse i simple levende systemer til eksperimentel validering. For at understøtte en eventuel overgang til patienter, DARPA vil arbejde med føderale sundheds- og regulerende agenturer, efterhånden som programmet skrider frem for at udvikle en vej for potentielle, fremtidig medicinsk brug for mennesker. Ved udgangen af ​​det femårige, Grundforskningsprogram DARPA håber at have flere værktøjer til at reducere risikoen for permanent skade eller død efter akut skade eller infektion.

Lignende Biostasis-teknologier kan også forlænge holdbarheden af ​​blodprodukter, biologiske reagenser, og lægemidler ved at reducere reaktionstider. Tidlig programforskning er rettet mod at identificere tilgange, der kan testes i simple biologiske systemer såsom enzymkomplekser eller cellelinjer. Hvis dette aspekt af programmet lykkes, disse teknologier vil bidrage til at reducere forsvarsministeriets logistiske byrde med at transportere biologiske produkter ind i marken.