En la Estación Espacial Internacional continúa el vuelo de los cosmonautas rusos y de la NASA, participantes de la 70ª expedición de larga duración. Una larga estancia en el espacio provoca cambios físicos en el cuerpo humano. Por ejemplo, el estado de los huesos y los músculos se deteriora. Por lo tanto, médicos y científicos estudian de cerca la salud de los astronautas.
En la ISS se está estudiando la corrección del metabolismo mineral en los astronautas con fármacos: el experimento “Corrección” (un estudio de la eficacia de la corrección farmacológica del metabolismo mineral en condiciones de exposición prolongada a la microgravedad); el experimento “Interacción-2” (que estudia los patrones de comportamiento de la tripulación durante un vuelo espacial de larga duración); Experimento de “dispersión” (formación y comportamiento de dispersiones en fase líquida en condiciones de microgravedad); experimento “Escenario” (métodos de prueba para evaluar el desarrollo de fenómenos catastróficos y potencialmente peligrosos); experimento “Separación” (prueba y prueba en condiciones de microgravedad de un sistema para regenerar agua a partir de orina); experimento “Neuroinmunidad” (evaluación de la influencia del estrés en el sistema inmunológico y los sistemas de reactividad al estrés en el espacio); experimento “Cardiovector” (obtención de nueva información científica sobre el papel de las partes derecha e izquierda del corazón en la adaptación del sistema circulatorio a las condiciones de un vuelo espacial de larga duración).
Estudiando el ADN en el espacio
Las estancias prolongadas en el espacio exponen a las personas a la radiación, que puede dañar el ácido desoxirribonucleico o ADN, que transporta la información genética necesaria para nuestro desarrollo y funcionamiento. Las condiciones en el espacio también afectan la forma en que el cuerpo repara dichos daños, lo que potencialmente exacerba el riesgo. La investigación en la Estación Espacial Internacional estudia el daño y la reparación del ADN utilizando herramientas y técnicas para secuenciar, analizar e incluso editar el ADN.
En abril de 2016, el astronauta de la ESA (Agencia Espacial Europea) Tim Peake amplificó el ADN por primera vez utilizando el primer dispositivo de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) enviado a la estación, llamado miniPCR. Un paso importante en el proceso de análisis del material genético es la amplificación, que implica la creación de múltiples copias de una sección de ADN.
La astronauta de la NASA Kate Rubin secuenció ADN por primera vez en el espacio en agosto de 2016 utilizando un dispositivo comercial llamado MinION. En agosto de 2017, la astronauta de la NASA Peggy Whitson combinó miniPCR y MinION para identificar el primer microbio desconocido de la estación. En agosto de 2018, el astronauta de la NASA Ricky Arnold fue pionero en el método de secuenciación de ADN “swab-to-sequencing”, que elimina la necesidad de cultivar bacterias antes del análisis.
Otro hito importante alcanzado en mayo de 2019 fue la primera edición de genes CRISPR en la estación realizada por la astronauta de la NASA Christina Koch. CRISPR significa Palíndrómico Corto Agrupado Regularmente Interespaciado. Estas son secuencias de ADN cortas y repetidas que se encuentran en bacterias con secuencias de ADN viral en el medio.
Las bacterias transcriben secuencias de ADN viral en ARN, que luego dirige una proteína específica al ADN viral y lo corta, creando una línea de defensa contra los virus invasores. Los investigadores pueden crear ARN guía que sea específico de cualquier parte del genoma. Esto significa que CRISPR se puede utilizar para crear rupturas precisas en una ubicación conocida de un gen, lo que facilita la edición genética.
Genes in Space 6 utilizó CRISPR para generar con éxito roturas en el ADN de la levadura común, permitir su reparación y secuenciar el ADN reparado para determinar si su orden original se restableció durante el vuelo espacial. Los organismos reparan las roturas del ADN de una de dos formas principales. Un método puede agregar o eliminar bases, mientras que el otro vuelve a unir cadenas sin cambiar la secuencia del ADN. Comprender si un tipo de reparación es menos propenso a errores tiene implicaciones importantes para la protección de la tripulación.
La astronauta de la NASA Christina Koch trabaja en el experimento Genes in Space 6
Genes in Space 5 representa un paso importante hacia una forma rápida, segura y rentable de estudiar el sistema inmunológico durante los vuelos espaciales. Este estudio también proporcionó una prueba de concepto para la amplificación simultánea de múltiples secuencias de ADN en el espacio, ampliando las capacidades de investigación en vuelo y monitoreo de la salud.
Genes in Space-10 validó un método para medir y analizar la longitud de fragmentos de ADN conocidos como telómeros mediante fluorescencia. Los telómeros, las estructuras genéticas en forma de capuchón situadas en los extremos de los cromosomas que los protegen del daño, se acortan con la edad, pero se ha descubierto que se alargan en el espacio. El análisis de la longitud de los telómeros puede ayudar a determinar el mecanismo de este efecto.
Los hallazgos del estudio también podrían proporcionar la capacidad de medir el ADN y diagnosticar problemas médicos genéticos durante los vuelos espaciales. Enviar muestras de ADN a la Tierra para su análisis las degradaría y no sería posible para futuras misiones de larga duración. Comprender por qué los telómeros se alargan en el espacio también podría conducir a una mejor comprensión de su papel en el envejecimiento humano.
Tener un laboratorio molecular completo en el espacio amplía enormemente las capacidades de los científicos. La capacidad de analizar el ADN, estudiar cómo se daña y repara en el espacio y realizarle cambios específicos permite investigaciones más complejas. Identificar organismos desconocidos y cambios en los conocidos es clave para garantizar la seguridad de los miembros de la tripulación en futuras misiones.
Comportamiento del fuego en el espacio
La NASA completó recientemente la misión final de su Experimento de Fuego del Transbordador Espacial, o Saffire, poniendo fin a una serie de estudios de ocho años que proporcionaron información sobre el comportamiento del fuego en el espacio. El último experimento, Saffire-VI, se lanzó a la Estación Espacial Internacional en agosto de 2023 y finalizó su misión el 9 de enero cuando la nave espacial Northrop Grumman Cygnus se quemó de manera segura durante su reingreso planificado a la atmósfera de la Tierra.
El Dr. David Urban, investigador principal, y el Dr. Gary Ruff, director de proyecto del Centro de Investigación Glenn de la NASA en Cleveland, han dirigido el proyecto Saffire en el noreste de Ohio desde su lanzamiento por primera vez en 2016. A lo largo de la serie de experimentos, los investigadores recopilaron datos que utilizaría la NASA. para mejorar la seguridad de la misión e informar futuros diseños de naves espaciales y trajes espaciales.
“¿Qué tan fuerte debe ser un incendio para que la tripulación se sienta enferma?” Dijo Urbano. “Se realiza un trabajo similar para cualquier otra estructura habitable aquí en la Tierra (edificios, aviones, trenes, automóviles, minas, submarinos, barcos), pero no habíamos realizado una investigación similar para naves espaciales antes de Saffire”.
Al igual que los experimentos anteriores de Saffire, Saffire-VI se llevó a cabo dentro de un bloque de una nave espacial Cygnus deshabitada que ya había abandonado la estación espacial, proporcionando la seguridad del laboratorio en órbita y un entorno de vuelo más representativo. Sin embargo, esta última versión del experimento fue única debido a la mayor concentración de oxígeno y la menor presión creada en las instalaciones de prueba para simular las condiciones dentro de una nave espacial tripulada.
A lo largo de 19 experimentos Saffire-VI, el equipo de la NASA y sus colegas de Northrop Grumman realizaron varios ajustes en las condiciones del aire. Luego encendieron llamas en materiales como plexiglás, algodón, Nomex y telas altamente inflamables de baja velocidad. El alambre con bolas dentro del dispositivo encendió los materiales. “La instalación de flujo de Saffire es un túnel de viento. Empujamos aire a través de él”, dijo Ruff. “Una vez establecidas las condiciones de prueba, pasamos una corriente eléctrica a través de un cable delgado y los materiales se encienden”.
Las cámaras en el interior permitieron al equipo observar las llamas, mientras que sensores remotos fuera de la unidad Saffire recogieron datos sobre lo que estaba sucediendo en el vehículo Cygnus. Las imágenes y la información se recopilaron en tiempo real y luego se enviaron a la Tierra para que los científicos las analizaran. “Está la tasa de liberación de calor y la tasa de liberación de productos de combustión”, dijo Ruff. “Puedes utilizar eso como entrada para el modelo y predecir qué pasará con el coche”.
La próxima década de misiones científicas y de exploración verá a los astronautas volar a mayor profundidad en el espacio y a lugares que aún no han sido explorados. Aunque los experimentos de Saffire fueron abandonados, la NASA aprendió lecciones valiosas y recopiló montañas de datos sobre el comportamiento del fuego que ayudarán a la agencia a diseñar naves espaciales más seguras.
Complementación de Protocolos Integrados de Investigación en Humanos o CIPHER
La investigación sobre orgánulos neurológicos, crecimiento de plantas y cambios en los fluidos corporales se encuentra entre las investigaciones científicas que los astronautas de la NASA Matthew Dominic, Michael Barratt, Jeanette Epps y Tracy K. Dyson ayudarán a apoyar a bordo de la Estación Espacial Internacional como parte de la Expedición 71. Barratt se une a un grupo de astronautas que participan en la serie de experimentos de Complementación de Protocolos Integrados para la Investigación Humana, o CIPHER, que están ayudando a los científicos a aprender cómo los largos períodos de tiempo en el espacio cambian el cuerpo humano.
Los miembros de la tripulación planean lanzar la estación espacial en febrero y marzo. A continuación se detallan algunos de los trabajos planificados durante la próxima expedición a bordo del laboratorio de microgravedad.
Los modelos organoides del cerebro humano para enfermedades neurodegenerativas y descubrimiento de fármacos (HBOND) estudian los mecanismos de la neuroinflamación, una característica común de las enfermedades neurodegenerativas. Los investigadores están creando organoides utilizando iPSC (células madre pluripotentes inducidas) obtenidas de pacientes que padecen la enfermedad de Parkinson y esclerosis múltiple primaria progresiva.
El sexto estudio de organoides de la estación espacial, financiado por la Fundación Nacional de Células Madre, HBOND, es el primero en incluir iPSC, material de pacientes con Alzheimer, y probar los efectos de medicamentos en desarrollo para tratar la neuroinflamación. Los resultados podrían ayudar a mejorar el diagnóstico, proporcionar información sobre los efectos del envejecimiento, acelerar el descubrimiento de fármacos e identificar objetivos terapéuticos para pacientes que padecen enfermedades neurodegenerativas. Los modelos organoides también pueden proporcionar la capacidad de predecir cómo afectarán al cerebro los vuelos espaciales de larga duración y respaldar el desarrollo de contramedidas.
Los organoides del cerebro espacial están hechos de células de personas con enfermedad de Parkinson y esclerosis múltiple primaria progresiva. Instituto de Investigación de Células Madre de Nueva York
Las plantas podrían servir como fuente de alimento y proporcionar otros servicios de soporte vital en misiones de largo plazo a la Luna y Marte. La investigación sobre las respuestas de las plantas al estrés causado por la microgravedad y la alta radiación ultravioleta en el espacio (UV-B vegetal) examina cómo el estrés de la microgravedad, la radiación UV y una combinación de ambas afecta a las plantas a nivel molecular, celular y de todo el cuerpo. Los resultados podrían mejorar la comprensión del crecimiento de las plantas en el espacio y ayudar a mejorar las tecnologías de cultivo de plantas para futuras misiones.
Equipo de unidad experimental (PEU) para investigación en plantas UV-B. NASA
La ingravidez hace que los líquidos del cuerpo se muevan hacia la cabeza, lo que puede provocar cambios en la estructura ocular y la visión conocidos como síndrome neuroocular asociado a los vuelos espaciales (SANS), así como otros problemas de salud.
Mitigar el desplazamiento anterior de líquido mediante manguitos venoconstrictores para los muslos durante los vuelos espaciales explora si los manguitos de presión para los muslos podrían proporcionar una forma sencilla de contrarrestar este desplazamiento de fluido en el cuerpo y ayudar a proteger a los astronautas de SANS y otros problemas en futuras misiones a la Luna y Marte. Los manguitos para los muslos también pueden ayudar a tratar o prevenir problemas en pacientes en la Tierra que padecen afecciones que provocan la acumulación de líquido en la cabeza, como reposo prolongado en cama y enfermedades.
Arthrospira-C (Art-C), un estudio de la ESA (Agencia Espacial Europea), analiza cómo responde la cianobacteria Limnospira a las condiciones de los vuelos espaciales y si produce la misma cantidad y calidad de oxígeno y biomasa en el espacio que en la Tierra. Estas microalgas, también conocidas como espirulina, podrían usarse para eliminar el dióxido de carbono exhalado por los astronautas, que puede volverse tóxico en una nave espacial cerrada, y para producir oxígeno y alimentos frescos como parte de los sistemas de soporte vital en futuras misiones.
Las predicciones correctas de la producción de oxígeno y biomasa son fundamentales para el diseño de sistemas de soporte vital que utilizan bioprocesos. También se ha demostrado que la espirulina tiene propiedades radioprotectoras, y comerla puede ayudar a proteger a los viajeros espaciales de la radiación cósmica, así como a preservar el tejido sano en pacientes sometidos a tratamiento de radiación en la Tierra.
Limnospira