Земная гравитация затрудняет выращивание белков, необходимых для изучения болезней и патогенов. И хотя стоимость космических путешествий высока, в дело вступает частный бизнес.
В небольшой лаборатории, втиснутой в угол небоскреба в центре Тель-Авива, израильский предприниматель Йосси Ямин гордо держит то, что он называет «маленькой фабрикой чемоданов в стиле Джеймса Бонда, работающей от солнца».
Как и в случае со многими лучшими приспособлениями агента 007, первые впечатления неутешительны. Но за последние четыре года эти маленькие металлические ящики, покрытые солнечными панелями, неоднократно вылетали на орбиту на задней части ракеты SpaceX, принося на Землю революционные новые идеи для самых разных вещей, начиная от поведения лейкозных клеток и заканчивая лучшими способами создания лабораторного стейка.
Как генеральный директор SpacePharma — компании, которая работает с клиентами по всему миру, от детских больниц до крупных фармацевтических компаний, — Ямин помог создать новую отрасль. Используя технологии, разработанные в Технионе, старейшем университете Израиля, все больше биологов могут миниатюризировать свои эксперименты и отправлять их на Международную космическую станцию (МКС), где ими можно управлять дистанционно с Земли.
«Это уже не научная фантастика, — говорит Ямин. «В прошлом году мы провели семь орбитальных экспериментов, и их число растет. В следующем месяце мы запускаем в космос пять экспериментов в различных областях, от будущего средств по уходу за кожей до лекарств для долголетия и болезней мозга».
Выращивание этих хрупких кристаллов с нуля имеет решающее значение для анализа эволюции опухоли или вируса.
Идея покинуть Землю для дальнейшей медицины восходит к заре космической эры. Нуждаясь в способе оправдать огромные затраты на запуск до 50 полетов в год, НАСА предположило, что его астронавты могут выполнять многозадачность, используя свое время на орбите для поиска лекарства от рака или многих других болезней, поражающих человечество.
Именно отсутствие гравитации давно сделало космос такой привлекательной площадкой для изучения некоторых тонкостей биологии. Притяжение гравитационного поля Земли может маскировать некоторые способы общения клеток, что затрудняет понимание того, почему они ведут себя именно так. Гравитация значительно усложняет сохранение стволовых клеток в их самом чистом и наиболее полезном состоянии в течение длительного времени, постоянно подталкивая их и поощряя их развитие. Это также значительно усложняет ученым изучение сложных кристаллических структур ключевых белков, например тех, которые связаны с раком, вирусами, генетическими нарушениями и сердечными заболеваниями. Выращивание этих хрупких кристаллов с нуля имеет решающее значение для анализа эволюции опухоли или вируса, а также для обнаружения небольших карманов, в которых может находиться новое лекарство. Но когда их выращивают на Земле, на них действует гравитация, скрывая, как они на самом деле выглядят.
«Изучение трехмерной структуры белков, участвующих в определенных состояниях здоровья, может помочь нам лучше понять, как можно улучшить или подавить их функцию», — говорит профессор Таис Руссомано, эксперт в области космической медицины и генеральный директор аналитического центра InnovaSpace. «Кристаллы увеличиваются в пространстве и имеют меньше дефектов. Мы можем получить некоторое представление с помощью компьютерного моделирования, но точные модели могут быть созданы только при наличии большого количества данных, которые у нас не всегда есть».
Это уже привело к крупным прорывам. Для биотехнологической компании MicroQuin из Массачусетса серия экспериментов, проведенных на МКС за последние четыре года, помогла запустить новую линейку лекарств от рака яичников и молочной железы, а также черепно-мозговых травм, болезни Паркинсона и даже гриппа на основе семейство белков, называемых TMBIM.
Ученые давно хотели воздействовать на TMBIM лекарствами, потому что они помогают регулировать внутреннюю среду клетки. При некоторых видах рака и нейродегенеративных заболеваниях эта среда становится токсичной, и эти белки можно использовать в качестве переключателя, чтобы обратить вспять эти изменения — если известно достаточно о том, как ими манипулировать. Но в то время как из-за гравитации TMBIM трудно кристаллизовать на Земле, MicroQuin смог сделать это в космосе.
«Потенциал впечатляет», — говорит Скотт Робинсон, основатель и генеральный директор MicroQuin. «Грипп — хороший пример, потому что, когда вирус проникает внутрь клетки, он изменяет всю окружающую среду, делая ее сильно окислительной. Но если вы остановите это изменение с помощью TMBIM, вы сможете полностью остановить заражение гриппом. Его также можно использовать в качестве комбинированной терапии для повышения чувствительности раковых клеток к иммунотерапии».
Трагедия и триумф
Развитие космической медицины ускорилось из-за одной из самых страшных катастроф в истории НАСА. В феврале 2003 года космический шаттл «Колумбия» взорвался при входе в атмосферу над Техасом и Луизианой, в результате чего погибли все семь астронавтов на борту. Повреждение левого крыла шаттла, которое произошло двумя неделями ранее во время запуска, сделало его слишком хрупким, чтобы выдержать огромное давление при входе в атмосферу.
Три месяца спустя среди обломков была обнаружена серия пузырьков, которые содержали кристаллы, почему-то все еще нетронутые, из эксперимента, над которым астронавты Колумбии работали во время своего пребывания на МКС. Это предоставило биологам жизненно важную информацию о структуре белка под названием интерферон альфа-2b, активного ингредиента препарата Интрон А, который в то время был стандартным средством лечения меланомы и гепатита С.
«Это было одной из целей миссии», — говорит Пол Райхерт, исследователь доставки лекарств в Merck и ветеран космической медицины, который консультировал проект. «Я был так счастлив в то время, потому что мы смогли предоставить семьям некоторую положительную информацию».
Интерес фармацевтической промышленности начал расти, и в 2017 году Райхерт участвовал в миссии, в ходе которой компания Merck отправила на МКС свой препарат Кейтруда, который используется для лечения многих различных видов рака, от рака легких до головы и шеи. Полученные данные помогают компании разработать высококонцентрированную форму препарата, которую может вводить врач общей практики.
«Одна из проблем с моноклональными антителами в качестве терапевтических средств заключается в том, что их нужно вводить в виде инфузий в больницах каждые несколько недель», — говорит Рейхерт, который с тех пор консультировал Eli Lilly и Фонд Майкла Дж. Фокса по проведению экспериментов в космосе. «Это занимает несколько часов, в то время как инъекция занимает минуты. Таким образом, это не только улучшает качество жизни пациента, но также может снизить стоимость терапии».
В ближайшие годы космос может также изменить другую область медицины, которая изо всех сил пытается оправдать ожидания. Стволовые клетки должны были открыть эру регенеративной медицины, помогая восстановить поврежденные органы и предлагая новую надежду людям с сердечной или печеночной недостаточностью.
Тем не менее, до сих пор ученые изо всех сил пытались разработать жизнеспособные методы лечения. Мало того, что этот процесс является дорогостоящим и неэффективным — на каждый миллион выращенных стволовых клеток только около 100 могут быть успешно перепрограммированы в сердечную мышцу или клетку печени — но и те, которые разработаны, плохо интегрируются при трансплантации в организм.
НАСА планирует закрыть МКС к концу 2030 года, а Axiom Space намерена заменить ее первой коммерческой космической станцией.
«Качество клеток не всегда отличное», — говорит Клайв Свендсен, исполнительный директор института регенеративной медицины в Седерс-Синай в Лос-Анджелесе. «Они часто обнаруживают аномалии или растут слишком медленно. Но вопрос в том, сможете ли вы вырастить лучшую клетку на орбите?»
Свендсен и его коллеги пытаются выяснить это с помощью серии экспериментов в сотрудничестве с НАСА. Мешок со стволовыми клетками доставляется на МКС, где их рост можно наблюдать с земли с помощью удаленной видеотрансляции. Судя по первым признакам, они процветают лучше, чем на Земле, что повышает вероятность того, что в будущем терапию на основе стволовых клеток можно будет производить даже в космосе.
«Чтобы быть практичным, он должен иметь довольно значительные преимущества перед Землей, потому что затраты на подъем туда очень высоки», — говорит Свендсен. «Но если их можно более надежно превратить в клетки сердца, клетки почек, нейроны гораздо более высокого качества, то, возможно, вы могли бы изучить возможность создания клеточных заменителей в космосе, прежде чем возвращать их для трансплантации».
Высокая стоимость, высокая награда
Основная проблема проведения исследований в космосе — это стоимость. Сообщается, что стоимость проведения одного эксперимента на МКС и обратно составляет около 7,5 млн долларов, особенно если она включает время астронавта, плату, которая в настоящее время покрывается либо НАСА, либо исследовательскими грантами. Это также невероятно конкурентоспособно: тысячи ученых по всему миру соревнуются за то, чтобы их эксперименты были запущены на орбиту.
Но космические исследования все чаще переходят от государственных к частным поставщикам, что представляет собой новую модель, которая создает проблемы и возможности. НАСА уже объявило о своем плане закрыть МКС к концу 2030 года, а базирующаяся в Хьюстоне компания Axiom Space намеревается заменить ее первой коммерческой космической станцией.
Хотя предложение космических каникул сверхбогатым является основной моделью дохода Axiom Space, деньги будут использованы для строительства дополнительных модулей на космической станции для проведения научных экспериментов. Свендсен предсказывает, что это создаст больше возможностей как для исследователей, так и для фармацевтических компаний и, возможно, даже откроет дверь для производства целых методов лечения в космосе.
SpacePharma и другие частные компании, такие как Ice Cubes, стремятся сделать медицинские исследования в космосе еще более доступными, предлагая автоматизировать эксперименты, выводя их на низкую околоземную орбиту на ракетах-носителях, а затем снова возвращая их обратно. Это полностью устраняет необходимость в космической станции, а также сокращает расходы. «Я ожидаю, что эти частные инициативы будут развиваться по мере снижения затрат на запуск и увеличения числа ежегодных запусков по всему миру», — говорит Руссомано.
Но это не практично для всех. Есть рассказы о таких компаниях, как бостонская Angiex, которые сделали интригующие прорывы в отношении возможного нового лекарства от рака посредством экспериментов в космосе, прежде чем отказаться от работы, потому что это было слишком дорого и отнимало много времени. В то время как Свендсен в восторге от возможности выращивать стволовые клетки в космосе, он помнит, что может быть проще узнать, почему они лучше себя чувствуют в невесомости, а затем попытаться воспроизвести это на Земле.
«Если мы обнаружим, что они лучше дифференцируются в пространстве, и мы сможем понять гены, которые заставляют это происходить, мы сможем имитировать это здесь с помощью редактирования Crispr», — говорит он. «Космос также учит нас многому об автоматизации производства стволовых клеток, что было непростой задачей. Если бы мы могли использовать эти знания, чтобы создать систему, в которую можно было бы вставить 100 ячеек, а через две недели получить 1 миллиард ячеек с другой стороны, это то, к чему все стремятся».
Есть много неизвестных, но если выяснится, что космос — единственное место, где можно получить стволовые клетки хорошего качества, это проложит путь к будущему регенерации частей тела среди звезд.
«Кто знает, может быть, в будущем у нас будут спутники, летающие вокруг растущих органов, как в научно-фантастическом фильме», — говорит Свендсен. «Может быть, мы сможем вырастить целое сердце в невесомости, которое затем сможем использовать на Земле. Мы пионеры в этой области. Мы будем давить на него изо всех сил и посмотрим, что произойдет».
No comments:
Post a Comment