Mars er langt unna. Andre planeter i solsystemet er enda mer det, som for andre solsystemer, kan vi ikke engang fatte å besøke dem ennå. På en reise med ukjente farer og sykdom, kan selv vektløshet forårsake alvorlig skade på menneskekroppen. Hvordan kan romfartsorganisasjoner sikre at galaktiske oppdagere er utstyrt med livreddende medisiner uten mulighet for å fylle opp forsyninger?
Hvorfor kan ikke astronauter bruke medisiner fra jorden?
Mens ISS-romstasjonen stille går i bane over jorden, flyter astronautene ombord på den inne, nesten vektløse mens de utfører sitt daglige arbeid. Denne vektløsheten trigger mange helseproblemer, inkludert kroniske medisinske tilstander. Den lange listen over sykdommer disse fagpersonene kan lide inkluderer tap av muskelmasse og bentetthet, nedsatt syn, nedsatt nyrefunksjon, reduserte nevrologiske responser og et svekket immunsystem.
Hvis vi skulle utføre enda lengre oppdrag i verdensrommet, ville effektene bli enda alvorligere – og det sier seg selv at et slikt oppdrag må sikre helse og velvære til astronauter.
Men det gjennomsnittlige kommersielle stoffet kommer til slutten av holdbarheten etter bare to år (biologiske midler varer bare seks måneder selv med kjøling). Kommende oppdrag til Mars vil ikke være mulig uten å utvikle og produsere legemidler i de trange rommene til et romfartøy. Og det er her NASAs rommedisinprogram, Translational Research Institute for Space Health (TRISH), kommer inn.
Prosjektet drives av Baylor College of Medicine (BCM), Massachusetts Institute of Technology (MIT) og University of California, Davis (UC Davis), og fokuserer på “just-in-time eller on-demand narkotika. ” Disse medisinene, som omfatter medikamentproduserende planter og tilpassede mikrobielle terapier, kan produseres av astronauter om bord på et fartøy eller på overflaten av den røde planeten når og når de trengs.
«Rommiljøet forårsaker raske kroppsendringer. Dette kan hjelpe oss å forstå hvordan vi mennesker reagerer på og overvinner stress. Å sikre at romfarere forblir friske presser oss til å finne opp nye tilnærminger for tidlig oppdagelse og forebygging av medisinske tilstander, sier Dr. Dorit Donoviel, administrerende direktør for TRISH hos BCM.
«Å studere et bredt spekter av mennesker i verdensrommet øker vår kunnskap om menneskelig biologi. TRISHs EXPAND-program vil utnytte muligheter med kommersielle romfartsleverandører og deres villige mannskap for å åpne opp nye forskningshorisonter,” legger han til.
Hvordan vil astronauter produsere interstellare medisiner?
Akkurat nå har astronauter på den internasjonale romstasjonen visse treningsregimer for å prøve å opprettholde beinmassen, sier Kevin Yates, en TRISH-forsker ved UC Davis – selv om de bare er på ISS i noen måneder. Utvikling av medisin og programmer for dype romfart må være på tidslinjen av år, ikke måneder.
Spennende nok er det nettopp dette Kevin Yates og hans kolleger har oppnådd med en ny biologisk legemiddelfabrikk som så dem bioingeniør salat som inneholder en menneskelig versjon av parathyroidhormon (PTH).
Hormonet, som bidrar til å stimulere beinvekst i kroppen, produseres naturlig av biskjoldbruskkjertelen og syntetiseres vanligvis for å motvirke bentap forårsaket av leddgikt. Denne proprietære teknologien kan vise seg å være en livredder på den iskalde overflaten til den røde planeten.
I deres presentasjon på vårmøte fra American Chemical Society i San Diego, beskrev teamet hvordan de var i stand til å overføre det menneskelige hormonet til salatplantene ved å feste en syntetisk versjon av DNAet som koder for hormonet, inn i genomet til en jordbakterie kalt Agrobacterium tumefaciens. De unge salatplantene ble deretter ‘infisert’ med denne syntetiske bakterien, og integrerte deres medikamentproduserende genom i sitt eget – hvoretter salaten begynte å produsere PTH.
TRISH har også undersøkt en rekke av plantene og observert at de mest fruktbare prøvene produserte omtrent 12 milligram PTH per kilo salatblader – noe som betyr at en person trenger omtrent åtte kopper (380 gram) salat om dagen for å få nok av hormonet. For kontekst, en standard leder av salat veier rundt 300 gram: det er mye salat!
“En ting vi gjør nå er å screene alle disse transgene salatlinjene for å finne den med det høyeste PTH-Fc-uttrykket,” forklarte Dr. Karen McDonald, en annen TRISH-forsker.
“Vi har bare sett på noen få av dem så langt, og vi observerte at gjennomsnittet var 10-12 mg/kg, men vi tror vi kan være i stand til å øke det ytterligere.” Så “jo høyere vi kan øke uttrykket, desto mindre er mengden salat som må konsumeres,” fortsetter hun.
Hvilke andre stoffer vil transgene salat gyte?
Dessverre har forskerne ikke vært i stand til å smake salaten med toksikologiske studier som er nødvendige før konsum på grunn av sikkerhetsbegrensninger.
Når de snakker fra UC Davis, sier teamet at de nå planlegger å sende sine transgene salatfrø til ISS for å evaluere hvordan mikrogravitasjon og romstråling påvirker dem. Og har tenkt å dyrke salat frø som inneholder granulocytt-kolonistimulerende faktor (GCSF) eller granulocytt-makrofag kolonistimulerende faktor (GMCSF) – brukes til å øke antall blodceller hos pasientene her på jorden.
Yates antar: “Jeg ville bli veldig overrasket over at hvis, når vi sender astronauter til Mars, planter ikke blir brukt til å produsere legemidler og andre nyttige forbindelser.”
En narkotikafabrikk i astronautens mage
Et annet av TRISHs prosjekter, basert på MIT, involverer en inntatt enhet som konverterer visse bakterie inn i et bestemt medikament. Denne ikke-voluminøse medikamentleveringsanordningen svelges av astronautene, som oppholder seg i magen deres i en bestemt periode, og frigjør gradvis stoffet den produserer inn i kroppen deres, hvorpå det blir kastet ut trygt.
MITs proof of concept bruker bakteriearten E coli å produsere koffein (et sentralstimulerende middel), melatonin (for å motvirke søvnproblemer) og paracetamol (et velkjent smertestillende middel) i enheten. Og når produksjonen av disse reseptfrie medisinene er validert, er det håp om at teamet kan utvide denne enhetens kapasitet til flere medisiner.
Imidlertid, i motsetning til TRISHs transgene salat, er denne enheten fortsatt i de tidlige stadiene. Men det er andre ikke-TRISH-finansierte prosjekter som for tiden jobbes med med en solid haug med whitepapers til deres navn. En av de mest lovende, fra Eindhoven Universitetbruker sollys til å drive kunstige blader, som igjen fungerer som reaktorer for å produsere et overflødighetshorn av forskjellige legemidler.
Enheten, laget av silikongummi, kan til og med fungere under overskyet himmel hvor mikrokanalene bringer kjemikalier i direkte kontakt med sollys. Som en naturlig plante som bruker fotosyntese, fungerer de kunstige bladene som en “minireaktor” for å generere nok energi fra solen til å utføre komplekse kjemiske reaksjoner.
De gjør dette ved å bruke innebygde selvlysende solkonsentratorer for å høste stråling, noe som får molekylene som pumpes gjennom sine smale kanaler til å reagere og danne sluttproduktet, som deretter strømmer til kanten av “bladene”. Forskerne har også prøvd ut teknologien deres i naturlig sollys med lovende resultater.
Og angående de oppmuntrende dataene fra TRISH, konkluderer Dr. Dorit Donoviel:
“Institutet er stolt av å finansiere denne gruppen av innovatører som jobber for å støtte menneskers helse for utforskning av dypt rom. Dette arbeidet flytter oss alle nærmere dagen vi sender mennesker til Mars.»