;
Кейсы 1 сентября 2021

Космическая фабрика для всего: как и зачем на МКС выращивают еду, органы и кости

Далее

На МКС регулярно производят эксперименты про производству разных типов овощей, зелени и даже костных структур. Следующее амбициозное решение — сделать на околоземной орбите органоиды и доставить на Землю для изучения. Рассказываем, как проходят такие эксперименты и зачем.

Сельское хозяйство на МКС

Космонавты проводят на МКС месяцы и в их обычном рационе мало фруктов, овощей и зелени — обычно их привозят с Земли грузовыми посылками. Из-за этого дефицита они иногда теряют в весе и могут перестать испытывать чувство голода. Поэтому ученые уже давно задумались о том, чтобы выращивать на околоземной орбите все необходимое. Также эти методики в перспективе помогут при колонизации планет. 

В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015-го в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.

Зелень с МКС

В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2». В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.

Но все эти эксперименты не обошлись без сложностей, с которыми мы на Земле не сталкиваемся во время садоводства:

  • Микрогравитация. На околоземной орбите и на потенциальных планетах-колониях сила тяжести меньше привычной нам. Слабая гравитация влияет на многие особенности развития организмов, и растения не исключение. В экспериментах, где одни и те же культуры высаживали на Земле и на МКС, некоторые виды на орбите заметно теряли во вкусе и питательности. 
  • Нарушение темплообмена. Такая проблема возникает, если замкнутое пространство плохо вентилируется. При этом вокруг растения накапливаются летучие органические вещества, способные затормозить его рост.
  • Радиация. Наблюдения показывают, что постоянное излучение может вызывать повреждения ДНК и мутации, а также влияет на уровень экспрессии генов

Нетипичные методы выращивания овощей и зелени в космосе

  • Гидропоника

Грядки, почва и глина много весят, поэтому ученые искали способы исключить его из процесса выращивания. Исследователи все чаще смотрят в сторону методов, в которых зелень и овощи растут в воде, — гидропоники и аэропоники.

Можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.

  • Аэропоника

Тут корни растейний находятся не в воде, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора.

Так растения получают и питание, и достаточное количество кислорода — риск задушить урожай слоем воды намного ниже, чем в случае с классической гидропоникой. Уменьшается и риск болезни растений, так как опасные микроорганизмы часто поселяются в воде или влажном субстрате.

  • Антропоника

В этом случае вода и удобрения для гидропонных установок берутся из отходов жизнедеятельности экипажа. 

Например, моча астронавтов может стать основой азотных удобрений, такой опыт уже провели на Земле итальянские ученые. Но в реальности перейти на эту технологию не так просто. В экскрементах астронавтов может обнаружиться, например, избыток некоторых металлов.

Космические кости: на МКС вырастили фрагмент скелета

В ноябре 2019 года российские ученые впервые вырастили фрагменты костной структуры в условиях невесомости. В ходе экспериментов на МКС были изготовлены образцы ткани из кальций-фосфатной керамики, которые заселили живыми клетками.

В настоящее время их всесторонне изучают на Земле. В будущем технология позволит создавать костные импланты для пересадки космонавтам, находящимся в дальних межпланетных экспедициях.

  • Зачем могут понадобиться фрагменты скелета в космосе

Идея звучит логично, но пока сильно футуристично — чтобы оказывать специализированную медицинскую помощь. По мнению экспертов, необходимо создавать новые средства космической медицины, в том числе для формирования тканей организма в условиях невесомости. В будущем их можно будет пересадить космонавтам, если они заболеют или получат травму.

  • Из чего выращивали фрагменты скелета

В исследовании использовали биосовместимые материалы на основе кальций-фосфатной керамики: она по своему составу практически идентична неорганической составляющей настоящей кости.

Уникальные свойства разработки достигаются за счет самоорганизации материала при физиологических температурах, отметил директор Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН Владимир Комлев.

  • По какой технологии выращивают кости

Прибор работает по технологии магнитной левитации в невесомости, при которой объект создается не послойно, как в обычных 3D-принтерах, а сразу со всех сторон — по принципу лепки снежка.

С помощью такого способа производства космонавтам удалось сформировать из керамических частиц фрагмент костной ткани сфероидной формы. После чего фрагменты начали взаимодействовать друг с другом, образуя устойчивые химические связи

  • На каком этапе находятся исследователи

В настоящее время ученым удалось решить сложную задачу обработки материала с помощью биофабрикационных технологий, которые подразумевают искусственное создание биологических объектов. 

Однако по сравнению с пластиковыми и металлическими аналогами керамика является более хрупкой основой, использование которой в ряде случаев может потребовать дополнительного упрочнения импланта.

Как пройдет эксперимент по выращиванию органов на МКС

Исследователи из Космического центра Цюрихского университета совместно с Airbus в рамках полета по пополнению запасов отправили на МКС стволовые клетки человека для выращивания органоидов, — мини-копий человеческих органов.

Проект получил название «3D-органоиды в космосе». Он был разработан исследователями Цюрихского университета Оливером Ульрихом и Корой Тиль, которые изучили, как гравитация влияет на человеческие клетки. Команда Airbus Innovations, в свою очередь, разработала необходимое оборудование и обеспечивает доступ к МКС.

  • Зачем выращивать органоиды

Органоиды — постоянные части клетки, выполняющие определенные функции. На искусственных трехмерных органоидах можно проводить токсикологические исследования, это позволит исключить эксперименты на животных. Также органоидами можно заменять фрагменты ткани при лечении поврежденных органов.

  • Почему органоиды решили выращивать в невесомости

Исследователи отмечают, что на Земле выращивать трехмерные органоиды невозможно из-за силы земного притяжения.

На Земле нельзя вырастить трехмерные органоиды без какого-либо поддерживающего каркаса. В космосе, где нет гравитации, эта проблема решается сама собой.

Кора Тиль, ученый и биолог

  • Как пройдет эксперимент по выращиванию органов на МКС

Во время следующей миссии на орбиту отправят тканевые стволовые клетки двух женщин и двух мужчин разного возраста. Исследователи проверят, насколько надежен их метод при использовании клеток с различной биологической изменчивостью.

  • Перспективы выращивания органоидов в космосе

Также ученые планируют, что в будущем на МКС будет мастерская по производству человеческих тканей, которые можно использовать на Земле в научных целях и в медицине.

Успешное проведение данного эксперимента станет настоящим прорывом для медицины. С одной стороны, фармацевтические компании смогут проводить токсикологические исследования сразу на тканях человека, без необходимости проведения экспериментов на животных. Кроме того, в будущем органоиды, выращенные из стволовых клеток пациентов, могут быть использованы для трансплантации — возможно, это поможет удовлетворить мировой спрос на донорские органы.

Читать далее

Новый электрокар проезжает 800 км без подзарядки: это главный конкурент Tesla

Ученые три года не могут поймать лиса Рэмбо. Он мешает выпустить в лес редких животных

Космический корабль в несколько километров: все, что известно о новом проекте Китая

Загрузка...