Wrocławskie laboratorium na orbicie

Wrocławianie zbadają w kosmosie wpływ leków na komórki nowotworowe. Wyniki będą mogły przydać się w szukaniu nowych metod leczenia. Inne eksperymenty dotyczą degradacji limfocytów i hodowli roślin. Badania przebiegną w laboratorium nie większym od pudełka zapałek.

Walka z rakiem na Ziemi jest bardzo trudna. Co innego w kosmosie, gdzie działanie leków przeciwnowotworowych jest nieporównywalnie mocniejsze. Ich lepsze przenikanie do komórek onkologicznych mogłoby skrócić terapię do kilku dni, jednak wysyłanie pacjentów na orbitę okołoziemską w celu szybkiego wyleczenia nowotworu to na razie niepewna pieśń odległej przyszłości. Ta wizja może na zawsze pozostać w świecie fantastyki naukowej. Bardziej realne jest stworzenie nowych leków, a jedną z metod do tego prowadzących są badania w warunkach mikrograwitacji.

W stanie nieważkości komórki onkologiczne tracą sprawność – obumierają albo nie są zdolne do tworzenia guza. Udowodniły to badania naukowe przeprowadzone na Uniwersytecie Technologicznym w Sydney w Australii w warunkach laboratoryjnych. Teraz pora na eksperyment w kosmosie na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Miejsce na stacji jest ograniczone, a badania są bardzo drogie, więc nie każdego stać na ich przeprowadzenie. Istnieje jednak tańsza metoda z użyciem nanosatelitów wyposażonych w miniaturowe laboratoria (od kilku milimetrów do kilku centymetrów kwadratowych). Bardzo prawdopodobne staje się to, że w tym roku w grudniu na orbitę zostanie wystrzelony bio‑nanosatelita o nazwie Cub-Sat produkcji wrocławskiej.

Kosmiczne metody na raka

Pracę trwają od 2018 roku. Prowadzi je konsorcjum, w skład którego wchodzą: firma SatRevolution z Wrocławia (lider projektu), Politechnika Wrocławska, Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu, Uniwersytet Przyrodniczy oraz Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda PAN.

– Chcemy zbadać, między innymi, jak warunki mikrograwitacji wpłyną na działanie leków onkologicznych na hodowane komórki onkologiczne. To pierwsza próba tego typu w Polsce i jedna z nielicznych w Europie – mówi prof. Jan Dziuban z Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki PWr. – W  zależności od powodzenia eksperymentu będziemy myśleć o następnym etapie rozwoju tej nowej formy medycyny. Nasze badania, prowadzone w ramach konsorcjum, z pewnością mogą przyczynić się do powstania lepszych leków lub opracowania nowych terapii – twierdzi profesor.

Badania realizowane są w przestrzeni kosmicznej, ponieważ wyniki można tam uzyskać dużo szybciej ze względu na silniejsze reakcje komórek na leki. Dane z laboratorium będą przesyłane na Ziemię w czasie prawie rzeczywistym, co umożliwi naukowcom częściowe adaptowanie ich w czasie trwania eksperymentu. To zupełnie nowe podejście do badań biomedycznych podejmowanych na orbicie.

– Dotychczas satelity robiły doświadczenie, a później z trudem sprowadzano je na Ziemię i dopiero analizowano wyniki – informuje prof. Jan Dziuban.

Laboratorium będzie pracowało w kosmosie od dwóch do kilku tygodni. Po tym czasie eksperyment zostanie przerwany. Nie może trwać długo z uwagi na niewielki rozmiar satelity. Na pokładzie kostki o pojemności 3 litrów i wadze do 4,5 kilograma muszą zmieścić się pojemniki z pożywkami dla hodowli czy urządzenia regulujące temperaturę. Miejsca jest bardzo mało. Poza tym ograniczeniem są wysokie koszty przedsięwzięcia. Cena wyniesienia na orbitę jednego kilograma ładunku to najtaniej 16 000 dolarów.

Lista kosztów jest dłuższa, ale nanosatelita, który jakiś czas po wykonaniu misji spali się w atmosferze, nie jest budowany tylko do celów badawczych, lecz także do komercyjnych. Konsorcjum liczy na to, że zaawansowaną technologię uda się sprzedać np. firmom farmaceutycznym. Autonomiczne, wysoce wyspecjalizowane i tanie w obsłudze laboratorium może okazać się atrakcyjne dla wielu klientów.

– Można je zabrać w dowolne miejsce. Nadaje się do wykonywania bardzo użytecznych eksperymentów biomedycznych i biologicznych również na Ziemi – zaznacza prof. Dziuban. – To przełom i nowa jakość w analityce medycznej. Badania kosmiczne zawsze przynoszą korzystny efekt poznawczy i ekonomiczny na Ziemi – zauważa.

Wielu naukowców z największych światowych ośrodków badawczych wierzy, że biologia kosmiczna to przyszłość medycyny.

Partnerem eksperymentu onkologicznego jest Uniwersytet Medyczny i Instytut Hirszfelda. Poszczególni członkowie konsorcjum są odpowiedzialni za różne doświadczenia, które zostaną przeprowadzone na pokładzie wrocławskiego bio­‑nanosatelity.

Jak zasiedlić Marsa i obserwować Ziemię?

Dwa eksperymenty są przygotowywane we współpracy z Uniwersytetem Przyrodniczym. Pierwszy z nich ma przynieść odpowiedź na pytanie, czy lub jak w warunkach mikrograwitacji wykiełkuje nasionko. Jak roślina zachowa się w obcym środowisku w początkowej fazie rozwoju? Taka wiedza jest przydatna w perspektywie ewentualnej kolonizacji innych planet, jeżeli ludzkość będzie musiała znaleźć sposób na przetransportowanie z Ziemi roślin i zwierząt. Drugie badanie dotyczy zachowania grzybów glebotwórczych, które odpowiadają za tworzenie się żyznej gleby. Grzyby rozmnażają się w przestrzeni kosmicznej szybciej i chętniej. Oba eksperymenty to drogi mogące doprowadzić do odpowiedzi, czy możliwe jest hodowanie ziemskich roślin w kosmosie.

Następna grupa badawcza działająca wewnątrz konsorcjum zajmuje się zagadnieniem degradacji limfocytów T – charakterystycznych białek ważnych dla prawidłowego działania układu odpornościowego. Próbka potrzebna do badania zostanie pobrana od myszy. Naukowcy zastanawiają się, czy uda się zatrzymać proces obniżania odporności występujący u kosmonautów, którzy są przez to bardziej podatni na choroby.

Ostatnie badanie jest próbą ustalenia, czy człowiek jest w stanie zdobywać przestrzeń kosmiczną. Mikrograwitacja i promieniowanie kosmiczne powodują degradację na poziomie genetycznym, komórkowym i tkankowych, tymczasem zwykły lot na Marsa to dwa lata przebywania w nieprzyjaznych warunkach.

Wartość całego przedsięwzięcia to ok. 4,2 mln zł, z czego większość to dofinansowanie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Ponad 10 razy więcej wart jest rozpoczynany przez firmę SatRevolution i Politechnikę Wrocławską projekt budowy konstelacji nanosatelitów obserwacyjnych o niewyobrażalnej rozdzielczości o nazwie REC.

– Wszystko ogląda się z dokładnością kilkudziesięciu centymetrów. Można obserwować jak pustoszeją lasy i można popatrzeć na efekty pracy kornika – przybliża prof. Jan Dziuban. Takie urządzenia patrzą na Ziemię przez całą dobę i nic im nie umknie. Rejestrowane przez nie obrazy i zbierane dane są wykorzystywane do rozlicznych celów: urbanistycznych, wojskowych, budowlanych, komunikacyjnych, statystycznych itp. Profesor potwierdza, że  w przeciągu najbliższych pięciu lat na orbicie pojawią się dziesiątki tysięcy nanosatelitów obserwacyjnych i telekomunikacyjnych. – Według założeń projektu, wystrzelimy najpierw 8, później 16, następnie jeszcze więcej polskich nanosatelitów obserwacyjnych – zapowiada. – Jeżeli chcemy być państwem autonomicznym w zakresie wrażliwych danych, musimy mieć własną technologię – dodaje.

Profesor uważa, że we Wrocławiu w szybkim tempie, i jak dotąd skutecznie, rodzi się coś spektakularnego. W maju rozpoczęły się wstępne rozmowy na temat budowy na Dolnym Śląsku centrum kosmicznego specjalizującego się w nanosatelitach i misjach kosmicznych. Lokalni naukowcy otwierają dobrze zapowiadający się nowy rozdział w rozwoju wysokich technologii na Dolnym Śląsku w ramach Polskiej Strategii Kosmicznej.