3D可打印工具可能有助于研究宇航员的健康

时间:2021-04-03 11:23:33来源:

如果人类注定要进入深空,则他们需要了解太空环境会改变健康状况,包括衰老和抗生素耐药性。NASA的一个新项目可能会有所帮助。它旨在开发用于研究“组学”(对人类健康至关重要的微生物学领域)的技术。Omics包括对基因组,微生物组和蛋白质组学的研究。

Omics in Space项目由位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室领导。该项目最近由宇航局太空健康转化研究所资助, 为期四年的研究。在那段时间里,NASA希望为国际空间站(ISS)上的仪器开发3D可打印设计,该设计可以处理诸如血液样本之类的液体而不会溢出微重力。这些工具可使宇航员分析生物样品而无需将其送回地球。

了解细菌如何影响机组人员的健康,或基因如何影响衰老和疾病,可以确保长期执行火星及以后任务的安全性。

太空中没有隔夜邮件

NASA已经通过微生物追踪1实验等方法研究了组学,该 实验检查了空间站上的微生物多样性。但是目前无法在站上处理样本,因此必须将其发送到地球。

太空中的Omics项目首席研究员JPL的Kasthuri Venkateswaran说,从采样到完成分析之间可能要花费几个月的时间。

Venkateswaran说:“去太空时,您没有隔夜的邮件。” “您必须自己进行所有分析。该项目将开发一种自动化的系统,以最少的人员干预即可研究分子生物学。”

由AI Biosciences设计的自动DNA提取器。NASA的一个新项目试图修改此提取器中的塑料盒,以便可以在国际空间站上进行3D打印。试剂盒设计依赖于多个孔,可将DNA样品浸入其中。每个孔中的液体会纯化样品,并准备通过MinION DNA测序仪进行分析。图片来源:AI Biosciences

制备样品的最大挑战之一是在微重力下处理流体。宇航员收集各种样本,包括自己的唾液和血液,以及从国际空间站壁上擦去的微生物。然后必须将这些样品与水混合,以便可以将它们注入仪器中进行分析。如果没有适当的工具,样品可能会溢出,漂浮或形成可能损害结果的气泡。

去年,宇航局迈出了重要一步,首次对太空中的DNA进行了 测序。宇航员使用了由牛津纳米孔技术公司开发的微型手持测序工具MinION。

Omics in Space将通过开发自动DNA / RNA提取器来为这一成功奠定基础,该提取器将为MinION设备准备样品。该提取器的关键部分是3D可打印塑料盒,需要从样品中提取核酸以进行MinION测序。

JPL的博士后研究员,太空Omics合研究员Camilla Urbaniak说,所有这些技术都已在地球上进行了测试。

Urbaniak说:“我们正在利用地球上的东西来分析DNA,并将所有步骤整合到一个自动化系统中。” “新功能是我们正在开发一站式服务,可以提取和处理所有这些样品。”

太空健康的未来

先前的组学研究表明,在ISS上居住后,宇航员的免疫系统趋于减弱。科学家不确定为什么。

表观遗传学领域研究基因如何表达,包括人类的年龄,可以帮助解释微重力和宇宙射线如何影响我们的DNA。

但是太空中的Omics不仅涉及前往国际空间站的人类乘客。还有人类和货物所载有的微生物,它们会积聚在航天器上。

该项目的另一位共同研究人员JPL的Nitin Singh说:“我们需要汇总一个沿着太空飞行的微生物的'乘客清单'。” “然后,宇航员可以检测到遗传标记,揭示这些微生物是有帮助还是有害的-这些乘客所带来的'行李'。”

该项目的共同研究人员JPL的Ganesh Mohan表示,在长途航行中,能够对机组人员环境的变化做出响应至关重要。他将致力于检测病原微生物。

“您可以实时查看是否有可能有害的微生物数量在增加。如果需要的话,我们可以采取行动来抵制这些微生物。”莫汉说。

太空中的Omics项目由NASA的太空健康转化研究所资助,该研究所与德克萨斯州休斯敦的贝勒医学院共同运营。该研究所由宇航局的人类研究计划监督。