تجارب البعثات الفضائية الجزء الأول: إجراء الاختبارات عن بعد وتأثير البقاء في الفضاء على الجهاز المناعي

استعراض التجارب العلمية والعروض التكنولوجية التي سينفذها إيتان ستيفا في المهمة السماوية. تمت الموافقة على 31 مهمة. مراجعة الأول في السلسلة

وسيقوم إيتان ستيفا، الذي سيسافر إلى محطة الفضاء الدولية، بإجراء 31 تجربة في عملية السماء. معظمهم - 24 في مجال الطب. نقدم هنا الجزء الأول الذي يعرض تفاصيل التجارب التي ستجريها Stiva في المجال الطبي.

1. التشخيص القائم على تقنية كريسبر للفيروسات والبكتيريا في البعثات الفضائية

يعد التشخيص على المستوى الجيني أداة قوية لتحديد الفيروسات والبكتيريا وحتى جينات محددة بدقة، مثل تلك التي تمنح مقاومة للمضادات الحيوية. وتشتهر أنظمة كريسبر بقدرتها على استخدامها في التحرير الجيني، وهو الاكتشاف الذي مُنحت عنه جائزة نوبل في الكيمياء عام 2020. ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام هذه الأنظمة للتشخيص الجيني البسيط والسريع مع الحفاظ على خصوصية عالية. ونظرًا لأن أنظمة كريسبر مدمجة للغاية ولا تتطلب أي خبرة أو معدات خاصة، فقد تكون مناسبة تمامًا للاستخدام في المهام الفضائية طويلة الأمد، مثل محطة الفضاء الدولية أو المهام المستقبلية لاستكشاف القمر والمريخ. سنقوم في هذه التجربة باختبار مكونات مختلفة لهذه التقنية التشخيصية في ظروف الجاذبية الصغرى على محطة الفضاء الدولية. ونأمل أن يكون من الممكن استخدام أنظمة كريسبر للتشخيص الدقيق للبكتيريا والفيروسات التي قد تهاجم أفراد الطاقم في البعثات الفضائية، وفي المستقبل حتى لتشخيص الأمراض في الزراعة الفضائية.

المحققون الرئيسيون: الدكتور دودو بورستين، جامعة تل أبيب والدكتور جور باينز، المعهد البركاني.

2. السفر عبر الفضاء - فحص متعدد الأبعاد للخلايا التائية في الظروف الفضائية لتحسين جهاز المناعة

يعد تعطيل وظيفة الجهاز المناعي أثناء الرحلات الفضائية أحد العواقب الفسيولوجية للوجود في ظروف الجاذبية الصغرى على جسم الإنسان. قد يسبب الاضطراب فرط نشاط الجهاز المناعي - والذي يتجلى في أعراض حساسية مختلفة، وانخفاض النشاط المناعي الذي قد يؤدي إلى تجدد تفشي الالتهابات الفيروسية الخاملة - وعلى سبيل المثال، يعد تفشي القروح الباردة في التجويف أمرًا شائعًا .

ومع الرغبة في فهم طبيعة الاضطراب في الفضاء، يستفيد الباحثون من التقدم التكنولوجي في توفير الطب الشخصي. تقوم شركة OncoHost، وهي شركة إسرائيلية ناشئة، بتطوير منصة للمساعدة في اختيار العلاج المناسب لمرضى الأورام وفقًا لخصائصهم الشخصية، ومن خلال استخدام التقنيات المتقدمة وخوارزميات التعلم الآلي وتوفر تحليلاً متعدد الأبعاد للجهاز المناعي لكل مريض. ستسمح أدوات المعالجة المتقدمة لمنصة OncoHost بتحليل التأثيرات المحددة للبقاء في الفضاء على الجهاز المناعي لكل رائد فضاء.

ستمكن هذه الأفكار من تطوير التدابير المضادة المناسبة لمنع الظروف التي تهدد الحياة والاستجابة لها على طول رحلات مهمات استكشاف الفضاء السحيق. بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يؤدي إثبات الإمكانات القيمة في توصيف أجهزة المناعة البشرية لتوفير علاج مخصص إلى إشعال مرحلة جديدة في توفير الحلول السريرية الشخصية وإفادة البشر - سواء في الفضاء أو على الأرض.

تعد هذه التجربة جزءًا من الدراسات السريرية التي سيتم إجراؤها على أعضاء فريق AX1.

المحقق الرئيسي : البروفيسور جاكوب لورانس، مركز شيبا الطبي.

الشركاء: جامعة توماس جيفرسون بالولايات المتحدة الأمريكية والشركة الإسرائيلية الناشئة OncoHost.

BBB البشري في الفضاء 3. تأثير الرحلات الفضائية والتعرض للجاذبية الصغرى على حاجز الدم في الدماغ كمنصة محتملة لعلاج مرض الزهايمر

الأداء الطبيعي لخلايا الدماغ ضروري لعمل الجسم. ومن أجل حماية أنسجة الدماغ الحساسة، يتم تغليف جدران الأوعية الدموية التي تغذي الدماغ بنسيج فريد يمنع دخول المواد السامة والالتهابات من الدم إلى الدماغ، ويمكّن من إزالة الفضلات من الدماغ إلى الدم - يسمى حاجز الدم في الدماغ. ويرتبط ضعف وظائف الحاجز بتطور أمراض التنكس العصبي، مثل مرض الزهايمر. بالإضافة إلى ذلك، يشكل الحاجز تحديًا سريريًا - لأنه يمنع مرور الأدوية من الدم إلى أنسجة المخ، وهي الأدوية اللازمة لعلاج الأمراض التنكسية العصبية.

وفي هذه الدراسة، يريد الباحثون في مركز شيبا الطبي فحص ما إذا كان التعرض لظروف الجاذبية الصغرى في الفضاء يؤدي إلى تغيير في وظيفة الحاجز الدموي الدماغي. ستخضع الرحلات الجوية إلى الفضاء لاختبارات غير جراحية متقدمة - بروتوكولات معالجة متقدمة لنتائج فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ واستخراج علامات البروتين من اختبارات الدم قبل وبعد الرحلة، مما سيسمح بإظهار التغييرات التي حدثت في وظيفة الحاجز نتيجة الرحلة في الفضاء والبقاء في ظروف الجاذبية الصغرى. إن الأفكار التي من المتوقع اكتسابها من هذا البحث الرائد ستساعد في تطوير القدرات للتأثير على وظيفة الحاجز ومرور المواد من خلاله - سواء في إزالة بروتينات النفايات السامة أو إدخال الأدوية. قدرات ستمكن من علاج مرض الزهايمر وغيره من أمراض التنكس العصبي، وستساعد العديد من المرضى حول العالم.

تعد هذه التجربة جزءًا من الدراسات السريرية التي سيتم إجراؤها على أعضاء فريق AX1. 

المحققون الرئيسيون: الدكتور إيتسيك كوبر، دكتوراه، مدير مجموعة الحاجز الدموي الدماغي في مركز يوسف سيغول لعلم الأعصاب، مركز شيبا الطبي والبروفيسور يائيل ماردور، كبير العلماء ورئيس مجموعة أبحاث التصوير المغناطيسي (MR) في معهد التقنيات المتقدمة في مركز شيبا الطبي.

4. تحليل البول في الفضاء - إجراء اختبار البول وتحليل النتائج في الوقت الحقيقي على المحطة الفضائية 

وبما أن المهمات الفضائية أصبحت أطول وأكثر شيوعًا، فسيحتاج رواد الفضاء على متنها إلى مجموعة متنوعة من أدوات التشخيص لمراقبة وظائف الجسم، بما في ذلك اختبار البول. يُستخدم تحليل عينات البول كطريقة قياسية لاختبار الحالات الصحية المختلفة، بدءًا من توصيف العمليات الأيضية وحتى وظائف الكلى. وظيفة الكلى في الفضاء هي موضوع بحثي. ومع ذلك، فقد شملت الدراسات السابقة التقاط البول في الفضاء واختباره مرة أخرى على الأرض. يركز الاقتراح على إجراء اختبار ACR - النسبة بين الألبومين والكرياتينين - وهو اختبار بول في الفضاء، والذي يسمح لرواد الفضاء بقياس وظائف الكلى في الوقت الحقيقي بشكل مستقل. 

المحقق الرئيسي : صحي.io.

5. تأثير الرحلات الفضائية على الميكروبيوم البولي: دراسة تأثير السفر عبر الفضاء على التغير في مجتمع الميكروبيوم في المسالك البولية وآثاره السريرية

كجزء من هذه التجربة، سيقوم الأطباء الباحثون في مركز شيبا الطبي، في جامعة توماس جيفرسون، وباحثون شركاء آخرون، بفحص التغيرات في أعداد الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في المسالك البولية ("الميكروبيوم البولي") لفريق مهمة AX-1 خلال جميع مراحل رحلتهم إلى محطة الفضاء الدولية - قبل الإطلاق، وأثناء الرحلة، وبعد العودة إلى الأرض.

من خلال استخدام أدوات التحليل الجيني والخوارزميات المتقدمة لشركة MicroGenDX، إلى جانب الإسناد الترافقي لنتائج التحليل مع الأعراض السريرية المختلفة أثناء المهمة، سيقدم فريق البحث لأول مرة رؤى ثاقبة حول العلاقة بين خصائص الميكروبيوم في المسالك البولية وظهور الأعراض والحالات المرضية. ستسمح هذه الأفكار بتحقيق تقدم كبير في فهم العلاقة السريرية بين مجموعات الميكروبيوم وصحة الجهاز البولي، وستمكن من توفير الرعاية الطبية الكافية - سواء لفرق المهام في الفضاء أو للمرضى على الأرض.

تعد هذه التجربة جزءًا من الدراسات السريرية التي سيتم إجراؤها على أعضاء فريق AX1. 

المحققون الرئيسيون: الدكتور بن بروسي، مركز الأورام، مركز شيبا الطبي والدكتور بول تشانغ، قسم جراحة المسالك البولية في مستشفى جامعة توماس جيفرسون، الولايات المتحدة الأمريكية.الشركاء: مستشفى جامعة توماس جيفرسون، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية، جامعة تكساس التقنية، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية، مستشفى جامعة كوينز، أونتاريو، كندا، وبدعم من MicroGenDx، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية.

بالنسبة لبقية السلسلة:

5. توصيف التغيرات التي تحدث في الخلايا السرطانية تحت ظروف الجاذبية الصغرى في الفضاء، بهدف تطوير علاجات مبتكرة لسرطان الدم لدى الأطفال 

سرطان الدم هو السرطان الأكثر شيوعًا بين الأطفال، ويتطلب علاجًا طويل الأمد وعنيفًا. والعلاج المتوفر اليوم فعال في معظم الحالات، لكن فعاليته تأتي على حساب سميته العالية، التي تسبب آثارا جانبية قصيرة وطويلة الأجل. ومن أجل إيجاد بديل للعلاجات الحالية، قرر قسم أمراض الدم والأورام في مركز شنايدر اختبار تأثير ظروف الجاذبية الصغرى على خلايا سرطان الدم الليمفاوي الحاد من النوع T، عن طريق إرسال الخلايا إلى الفضاء في مختبر صغير. وسيتم مقارنة نتائج التجربة بتجربة مماثلة سيتم إجراؤها على الأرض، مع مراقبة التغيرات في التعبير الجيني في الخلايا. وبما أن التجارب الأولية في ظروف الجاذبية الصغرى أظهرت فرط الحساسية للخلايا السرطانية، فإن نتائج الدراسة يمكن أن تساهم في فهم الآليات الخلوية المتأثرة بالجاذبية الصغرى. سيساعد هذا الفهم في تطوير علاجات مبتكرة يمكنها توفير استجابة علاجية للسرطانات العدوانية والمقاومة، وتقليل الآثار الجانبية للعلاجات المقبولة حاليًا. سيتم إجراء التجربة بدمج ومشاركة الأطفال الذين تم علاجهم في نظام أمراض الدم والأورام في مركز شنايدر.

الباحث الرئيسي: الدكتورة جوديت بيرجر، قسم أمراض الدم والأورام في مركز شنايدر لطب الأطفال.

الشركاء: المركز التعليمي في مركز شنايدر، معهد أبحاث فلزنشتاين، جامعة تل أبيب، شركة سبايس فارما.

: SpacePharma، تطبيقات الفضاء.

6. تأثير الرحلات الفضائية على صحة القلب والأوعية الدموية لرواد الفضاء

يؤدي غياب الجاذبية في الفضاء إلى تغيير بنية القلب وحجم حجراته. بالإضافة إلى ذلك، فإن التعرض للإشعاع الفضائي قد يؤدي إلى تسريع تطور تصلب الشرايين وحتى التسبب في تكلس في الأوعية الدموية. ولهذا السبب، يجب على المرشحين لرحلات الفضاء إجراء اختبارات شاملة لنظام القلب والأوعية الدموية، وقد اكتسبنا بالفعل خبرة في هذا الأمر.

تسمح لنا التقنيات الجزيئية المبتكرة بتحديد الحالات الصحية المختلفة في جسم الإنسان. ومن خلال الفحص الدقيق للعينات البيولوجية (الدم واللعاب والبول والبراز)، اكتشفنا أن نسبة كبيرة من المواد البيولوجية (النواتج الأيضية) الموجودة في مجرى الدم هي نتاج فريد من البكتيريا من الميكروبيوم (جميع البكتيريا التي تعيش في جسم الإنسان). الجسم الموجود في الجهاز الهضمي). يتغير الميكروبيوم بعد الإقامة في الفضاء والتغيرات الغذائية في الفضاء، ونتيجة لذلك نتوقع أن تتغير أيضًا المستقلبات الموجودة في دماء رواد الفضاء الذين يسافرون إلى الفضاء. 

قمنا في السنوات الأخيرة بإنشاء واحدة من أكبر قواعد البيانات في العالم لمرضى القلب ومقارنتهم بالأشخاص الأصحاء. وباستخدام النماذج الرياضية والتعلم الآلي، قمنا بتمييز المسارات الأيضية التي تتوسطها بكتيريا الأمعاء وترتبط بنظام القلب والأوعية الدموية والتي لم تكن معروفة حتى الآن. وفي دراسة يجريها حاليا مستشفى بيلينسون بالتعاون مع معهد وايزمان، سنبحث في نفس المسارات الأيضية لدى رواد الفضاء التي اكتشفناها لدى الأشخاص "العاديين" الذين لا يطيرون إلى الفضاء. تتمثل خطتنا البحثية في بناء خريطة استقلابية شخصية دقيقة لكل رائد فضاء استنادًا إلى الميكروبيوم والأيضات من العينات البيولوجية التي سنجمعها من رواد الفضاء في نقاط زمنية مختلفة قبل الرحلة وبعدها. ستسمح لنا هذه الخريطة الأيضية بتقييم التغير في خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية لكل رائد فضاء بعد رحلة فضائية، وبالتالي فهم تأثير التواجد في الفضاء على نظام القلب والأوعية الدموية بشكل أكثر شمولاً ودقة. وهذا بحث رائد ومبتكر ونحن سعداء بالفرصة التي أتيحت لنا للتعاون مع مشروع "راكيا" والإسرائيلي الثاني في الفضاء - الطيار إيتان ستيفا.

لم تندرج هذه التجربة ضمن قائمة التجارب التي اختارها صوت القارئ في مايو 2021، ولكن تمت الموافقة عليها وإضافتها من قبل اللجنة العلمية والتكنولوجية في سبتمبر 2021 نظرا لأهميتها ومساهمتها في البحث الشامل في المستشفى. تعد هذه التجربة جزءًا من الدراسات السريرية التي سيتم إجراؤها على أعضاء فريق AX1.

المحققون الرئيسيون: البروفيسور ران كورنوفسكي، الدكتور يالا تيلمور باركان، البروفيسور إيران سيغال، الدكتور إيتامار ميهول.

7. التعبير الجيني - توصيف آلية التعبير الجيني الكامنة وراء تأثير ظروف الفضاء على زيادة عنف البكتيريا المسببة للأمراض

بكتيريا السالمونيلا المعوية، مسببات الأمراض الشائعة التي تسبب الأمراض للإنسان والحيوان، هي أحد الأسباب الرئيسية للتسمم الغذائي في إسرائيل وفي جميع أنحاء العالم. وجدت دراسات سابقة، بما في ذلك تجربة أجراها فريق من الباحثين من شيبا، أنه في ظل ظروف الجاذبية الصغرى هناك زيادة كبيرة في قدرة البكتيريا على التسبب في أمراض كبيرة - من خلال زيادة آليات العنف وتحسن مقاومتها للمضادات الحيوية. . إن فهم الآليات التي تكمن وراء هذه الظاهرة أمر مطلوب من أجل تطوير العلاجات الطبية المناسبة، والتعامل مع المراضة وزيادة المقاومة البكتيرية للعلاجات بالمضادات الحيوية الحالية.

تمثل مهمة راكي فرصة استثنائية لمواصلة البحث في هذا الموضوع. وكجزء من البحث، سيتم زراعة مزارع بكتيرية مسببة للأمراض في الفضاء، كما سيتم زراعة مزارع مماثلة في نفس الوقت على الأرض. سيقوم باحثو مركز الأمراض المعدية في مركز شيبا الطبي بمقارنة الخصائص المختلفة بين الثقافات - مثل الاختلافات في معدل وطريقة النمو بين ثقافات مسببات الأمراض، إلى جانب تحليل التغيرات التي حدثت في التعبير الجيني الذي يكمن وراء زيادة عنف البكتيريا. وبالتالي، من المتوقع أن توفر الرؤى المستخلصة من هذه الدراسة معلومات مهمة حول الآليات التي تؤدي إلى زيادة عنف البكتيريا، وأن تساعد في تطوير طرق التعامل والعلاج ضد المراضة التي تسببها هذه الكائنات الممرضة.

تعد هذه التجربة جزءًا لا يتجزأ من مهمة "سكاي" واجتازت المسوحات الثانوية والسلامة، ولكن بسبب الفجوات التكنولوجية، من المقرر إجراء التجربة على المحطة الفضائية في مايو 2022 كجزء من رحلة الشحن Spx-25 ويرافقه مهمة سكاي.

المحقق الرئيسي : البروفيسور أوهاد جالمور، مركز الأمراض المعدية في شيبا تل هشومير.

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• تقوم شركات Cardiosense وUltrasight وMonfort بإرسال المنتجات إلى مهمة إيتان ستيفا الفضائية
• سيتم إطلاق ثلاث تجارب من التخنيون إلى محطة الفضاء الدولية
• "إيتان ستيفا يأخذ معه الشركة الناشئة إلى الفضاء"
• نجح باحثون في تطوير حاجز دموي دماغي بشري خارج الجسم، بطريقة تتيح التنبؤ باختراق الأدوية إلى الدماغ بطريقة مخصصة