Hardwarový systém pro výzkum hlodavců - Rodent Research Hardware System

Hardwarový systém pro výzkum hlodavců zahrnuje tři moduly: (levý) stanoviště, (středový) transportér a (pravý) přístupový bod pro zvířata

NASA je Hardwarový systém pro výzkum hlodavců[1] poskytuje výzkumnou platformu na palubě Mezinárodní vesmírná stanice pro dlouhodobé experimenty hlodavci ve vesmíru. Takové experimenty budou zkoumat jak mikrogravitace ovlivňuje hlodavce a poskytuje informace týkající se lidský vesmírný let objevy v základní biologii a znalosti, které mohou pomoci léčit lidské nemoci na Zemi.

Pozadí

Na základě doporučení Národní akademie věd, inženýrství a medicíny zpráva Zachycení budoucnosti pro průzkum vesmíru: Výzkum v oblasti biologických a fyzikálních věd v nové éře (2011). Zpráva obsahovala doporučení, že NASA zřídit zařízení pro výzkum hlodavců na palubě Mezinárodní vesmírná stanice označena jako národní laboratoř „co nejdříve“, aby bylo možné provádět vysoce prioritní dlouhodobé studie hlodavců. Cílem bylo provést studie trvající až 6 měsíců. Protože myši a krysy mají délku života nejvýše 5 let, „studie těchto hlodavců ve vesmíru mají potenciál extrapolovat důležité důsledky pro lidi žijící ve vesmíru mnohem déle než šest měsíců.“[1][2]

Hardwarový systém pro výzkum hlodavců byl vyvinut vědci a inženýry z NASA Ames Research Center v Moffett Field v Kalifornii[3] . V minulosti byly krátkodobé experimenty s hlodavci transportovány do vesmíru na různých vozidlech včetně Raketoplán. Toto je první „stálá“ laboratoř pro výzkum hlodavců. Systém byl vyvinut na základě poznatků získaných z Modul pro ustájení zvířat[4][5] který letěl na palubu 27 Raketoplán mise mezi lety 1983 a 2011. První systém pro výzkum hlodavců byl dodán do ISS podle SpaceX CRS-4.[6][7]

Design

Systém má 4 hlavní komponenty. Transportér slouží k bezpečnému umístění hlodavců při přepravě ze Země na vesmírnou stanici. Toto se také označuje jako Animal Enclosure Module-Transporter (AEM-T)[8]. Vzhledem k tomu, že cesta ze Země může trvat až 10 dní, je vyžadován systém řízení a podpory životního prostředí (ECLSS). To poskytuje modul Animal Enclosure Module-ECLSS (AEM-E)[9]. Jednotka pro přístup zvířat zajišťuje izolaci při přenosu hlodavců mezi transportérem a stanovištěm; a stanoviště, které poskytuje dlouhodobé bydlení pro hlodavce na palubě stanice. Složka Habitat pracuje v EXPRESS Rack[10] zařízení na palubě stanice. Členové posádky využijí přístupový modul k důkladnému prozkoumání hlodavců během studie a jejich případnému přenosu mezi stanovišti. Každý modul stanoviště poskytuje až 10 myším nebo šesti krysám všechny základní informace, které potřebují k pohodlnému životu na palubě stanice, včetně vody, jídla, osvětlení a čerstvého vzduchu. Hlodavci se mohou snadno pohybovat po obytném prostoru uchopením mřížek, které lemují podlahu a stěny. Moduly obsahují funkci downlinku dat, která umožňuje monitorování podmínek prostředí, jako je teplota. Viditelný světelný a infračervený videosystém umožňuje posádce ve vesmíru a vědcům a veterinářům na zemi každodenně sledovat chování a celkové zdraví hlodavců.[1][7]

Mise

Výzkum hlodavců-1 (RR1)

Doručeno dne 21. Září 2014 ISS podle SpaceX CRS-4. Mise byla ověřením operačních schopností hardwaru na podporu výzkumu hlodavců a poskytuje cenné informace použitelné pro budoucí dlouhodobé vesmírné mise. Hlodavec Research-1 byla společná operace mezi NASA a CASIS. Pokusy zahrnovaly 20 myší; 10 NASA myši a 10 CASIS myši. Bylo to poprvé, co byli hlodavci přepraveni do ISS na palubu neosazeného užitkového vozidla. Rodent Research-1 trvala 37 dní a byla dosud nejdelší studií hlodavců v kosmickém letu prováděnou v zařízení NASA.[6][3][11][12][13][7][14]Na tuto misi byl dodán také kostní denzitometr, který bude použit v pozdějších misích.[15][16]

Výzkum hlodavců-2 (RR2)

Patch RR2

Doručeno dne 14. Dubna 2015 ISS podle SpaceX CRS-6. Výzkum byl sponzorován Centrum pro rozvoj vědy ve vesmíru (CASIS) a Novartis Institut pro biomedicínský výzkum. Primárním cílem výzkumu bylo sledovat účinky vesmírného prostředí na pohybový a neurologický systém myší jako modelových organismů lidského zdraví a nemocí. Kromě primárního zaměření výzkumu byly pro molekulární a morfologické změny studovány také další orgánové systémy, včetně plné krve, mozku, srdce, plic, ledvin / nadledvin, jater, sleziny a tenkého střeva v závislosti na délce expozice kosmickému letu . Studie zahrnovala 40 myší, 20, které byly letecky převezeny na ISS a 20 jako kontroly, které zůstaly na Zemi. Studie trvala 37 dní.[17][18] Na podporu RR-2 byl použit experiment kostního denzitometru.[15][16]

Výzkum hlodavců-3 (RR3)

Patch RR3

Doručeno dne 8. Dubna 2016 ISS podle SpaceX CRS-8. Výzkum byl sponzorován Mezinárodní kosmickou stanicí USA National Laboratory ve spolupráci s Eli Lilly and Company. Primárním cílem bylo protiopatření proti svalové atrofii. Studie byla hodnocena myostatin inhibice k prevenci atrofie a slabosti kosterního svalstva u myší. Pro tento experiment bylo létáno dvacet myší a studie trvala 33 dní.[19][20][21] V rámci studie astronauti úspěšně dokončili funkční hodnocení síly úchopu u myší na orbitální laboratoři. Bylo to poprvé, kdy byl pro výzkum hlodavců na oběžné dráze použit měřič síly sevření a shromážděné údaje budou použity k posouzení účinnosti léčby anti-myostatinem při prevenci ztráty svalové hmoty ve vesmíru.[22][14][23]

Výzkum hlodavců-4 (RR4)

Patch RR4

Doručeno dne 19. února 2017 ISS podle SpaceX CRS-10. Výzkum byl sponzorován Ministerstvo obrany Spojených států (DoD) Program vesmírných zkoušek a Centrum pro rozvoj vědy ve vesmíru (CASIS), manažer Národní laboratoře ISS. Primárním cílem studie bylo lépe porozumět hojení kostí a regeneraci kostní tkáně a studovat dopady mikrogravitace o těchto procesech. Studie také zamýšlela měřit určité látky schopné vyvolat hojení a regeneraci kostí při kosmickém letu. Studie trvala 28 dní.[24][25] Studie NASA ve vesmíru zahrnující myši vyžadují ustájení myší v hustotách vyšších, než je doporučeno v Příručce pro péči a používání laboratorních zvířat.[26] Z tohoto důvodu všechny předchozí mise NASA, ve kterých byly myši umístěny společně, zahrnovaly samice myší. Tato studie vesmírných letů, která zkoumá hojení kostí, vyžaduje u mužských myší optimální experimenty. Aby byly zajištěny platné výsledky této první studie NASA zahrnující mužské myši, byla provedena další studie hustoty ustájení.[27] Studie zahrnovala 80 myší, 40 bylo přeletěno na ISS a 40 jako kontroly, které zůstaly na Zemi. Některé z výsledků této studie byly publikovány v časopise Vědy o živé přírodě ve vesmírném výzkumu se zaměřením na dopad vypuštění do vesmíru na hojení zlomenin kostí.[28][29][30][31]


Výzkum hlodavců-5 (RR5)

Patch RR5

Doručeno dne 3. Června 2017 ISS podle SpaceX CRS-11. Výzkum byl sponzorován Centrum pro rozvoj vědy ve vesmíru (CASIS) ve spolupráci s University of California v Los Angeles. Primárním cílem studie bylo vyhodnotit novou strategii ke zmírnění jednoho z negativních účinků života ve vesmíru (degradace kostí). Všem myším byla pravidelně injikována buď kontrolní léčba, nebo experimentální léčba, která obsahuje NELL1, protein, který, když je exprimován, může pomoci regulovat remodelaci kostí. Studie je založena na výzkumu o NELL1 provádí skupina vedená Dr. Chia Soo, a UCLA profesor plastický a rekonstrukční chirurgie a ortopedická operace.[32] Pokusy zahrnovaly 40 myší, které byly letecky převezeny na ISS. Dne 3. července 2017 bylo dvacet myší živě vráceno na Zemi. Bylo to poprvé, co byla transportní jednotka použita k přenášení myší z ISS zpět na Zemi naživu. Celá studie trvala 30 dní.[33][34][35][36]

Výzkum hlodavců-9 (RR9)

Patch RR9

Doručeno dne 14. Srpna 2017 ISS podle SpaceX CRS-12. Výzkum byl sponzorován programem pro vesmírný život a fyzikální vědy Národního úřadu pro letectví a vesmír. Toto je první mise na výzkum hlodavců, která se věnuje vědeckým experimentům sponzorovaným NASA. Předchozí mise na ISS zapojené komerční a další experimenty vládních agentur vybrané Centrem pro rozvoj vědy ve vesmíru (CASIS ).[37] Mise se skládala ze tří samostatných experimentů vedených hlavními vyšetřovateli Michaelem Delpem, Xiao Wen Mao a Jeffrey Wiley. Delpovo vyšetřování bylo navrženo ke studiu účinků dlouhodobého vesmírného letu na posuny tekutin a zvýšené tlaky tekutin v hlavě, Maoovo bylo zkoumat dopad vesmírného letu na cévy dodávající krev do očí a Wileyho bylo navrženo ke studiu rozsahu degradace kolenního a kyčelního kloubu způsobená dlouhodobým působením beztíže. Studie trvala 33 dní.[38][39]

Výzkum hlodavců-6 (RR6)

Patch RR6

Doručeno dne 15. Prosince 2017 ISS podle SpaceX CRS-13. Výzkum byl sponzorován Centrem pro rozvoj vědy ve vesmíru (CASIS) ve spolupráci s Novartis a NanoMedical Systems. Primárním cílem studie bylo vyhodnotit nový čip pro podávání terapeutických léků v mikrogravitace. Nanokanálový čip pro dodávání léčiva dodával lék formoterol, který se používá při léčbě astmatu a jiných zdravotních stavů, k dosažení stálého a spolehlivého dávkování.[40] Pokusy zahrnovaly 40 myší, které byly letecky převezeny na ISS. Dne 13. ledna 2018 bylo dvacet myší vráceno na Zemi živých. Zbývajících 20 myší bylo studováno dalších 30 dní. Studie trvala 60 dní.[41][42][43]

Výzkum hlodavců-7 (RR7)

Patch RR7

Doručeno ISS dne 29. června 2018 do SpaceX CRS-15. Výzkum byl druhou misí sponzorovanou programem pro vesmírný život a fyzikální vědy Národního úřadu pro letectví a vesmír. Primárním cílem studie bylo studovat dopad vesmírného prostředí na střevní mikroflóru myší. Důležitost této studie spočívá v tom, že narušení normálních společenstev mikroflóry v zažívacím traktu bylo spojeno s mnoha zdravotními problémy: včetně střevního, imunitního, mentálního a metabolického zdraví. Pokusy zahrnovaly 20 myší, které byly letecky převezeny na ISS. Dne 3. srpna 2018 bylo deset myší vráceno na Zemi zaživa. Celá studie trvala 77 dní.[44][45][46][47]

Výzkum hlodavců-8 (RR8)

Doručeno ISS dne 8. prosince 2018 SpaceX CRS-16. Kupodivu se to neobjevilo na seznamu vědeckých užitečných dat pro misi.[48] Experiment byl obviňován ze zpoždění startu kvůli objevení plísní na potravě pro myši.[49] Výzkum je sponzorován Národní laboratoří ve spolupráci s Centrum pro rozvoj vědy ve vesmíru (CASIS) a Taconic Biosciences. Primárním cílem studie je studium fyziologie stárnutí a vlivu věku na progresi onemocnění pomocí skupin mladých a starých myší. Studie bude sestávat ze 2 skupin po 20 myších. Polovina každé skupiny bude ve věku 10–16 týdnů (mladá skupina), druhá polovina bude ve věku 30–52 týdnů (stará skupina). Polovina z každé skupiny bude po 30 dnech vrácena na Zemi živá. Zbývající myši budou usmrceny a kryogenicky zachována pro studium zpět na Zemi.[50] To je také označeno jako Rodent Research Reference Mission-1 (RRR-1). Pro tuto misi budou shromážděné vzorky dány k dispozici dalším výzkumným pracovníkům prostřednictvím návrhů předložených CASIS.[51]


Výzkum hlodavců-10 (RR10)

Tato mise má podle plánu letět na ISS dne SpaceX CRS-17.[48] Výzkum sponzoruje NASA Research Office - Space Life and Physical Sciences. Primárním cílem studie je zkoumat CDKN1a /p21 dráha a její role při zádržné regeneraci kostí v Liberci mikrogravitace. Studie se skládala z 20 myší, 10 z nich transgenní CDKN1a /p21 - Nulové myši. Očekávalo se, že studie bude trvat až 35 dní.[52]

Výzkum hlodavců-11 (RR11)

Tato mise má podle plánu letět na ISS dne SpaceX CRS-17.[48] Výzkum byl sponzorován NASA Research Office - Space Life and Physical Sciences. Primárním cílem studie je studovat jak MicroRNA související s cévním zdravím v mikrogravitace. Studie sestávala z 20 myší, které měly být letecky převezeny do ISS a 20 myší, které zůstaly na zemi jako kontroly. Po přibližně 30 dnech 20 myší na ISS bude vrácen živý.[53]

Reference

  1. ^ A b C „Nová rezidence hlodavců NASA zvedá výzkum do větších výšek“.
  2. ^ „Znovuzískání budoucnosti pro průzkum vesmíru: Výzkum v oblasti biologických a fyzikálních věd v nové éře“.
  3. ^ A b „Hardware and Operations Validation pro výzkum hlodavců“.
  4. ^ „Modul pro ustájení zvířat (AEM)“.
  5. ^ „Hodnocení kosmických letů hlodavců v modulu výběhu pro zvířata NASA po delší provozní dobu (až 35 dní)“.
  6. ^ A b „NASA dokončuje operace Rodent Research-1 na Mezinárodní vesmírné stanici“.
  7. ^ A b C „Ověření nového experimentálního systému pro hlodavce k vyšetřování důsledků dlouhodobého osídlení prostoru“.
  8. ^ „Závěrečná zpráva o workshopu Habitat Mark III III, str. 38“ (PDF).
  9. ^ „AEM-E - malý systém podpory života pro přepravu hlodavců na ISS“ (PDF).
  10. ^ „Ukončete zpracování experimentů pro stojany vesmírných stanic (EXPRESS Racks)“. NASA.
  11. ^ "Svalová atrofie svalů šetřících u transgenních myší".
  12. ^ „Výzkum hlodavců naráží na palubu Mezinárodní vesmírné stanice“.
  13. ^ „Výzkum hlodavců-1 (SpaceX-4)“.
  14. ^ A b „Časová analýza integrity RNA archivovaných biologických vzorků kosmického letu“.
  15. ^ A b "Kostní denzitometr".
  16. ^ A b „Kostní denzitomet hlodavců na Mezinárodní vesmírné stanici: design a výkon přístroje“.
  17. ^ „Novartis Rodent Research-2“.
  18. ^ „Výzkum hlodavců 2 (RR2) (ARC00XX197)“.
  19. ^ „Hodnocení inhibice myostatinu k prevenci atrofie a slabosti kosterního svalstva u myší vystavených dlouhodobému vesmírnému letu“.
  20. ^ „Výzkum hlodavců 3 (RR3) (ARC00XX198)“.
  21. ^ „Výzkum hlodavců-3 (SpaceX-8)“.
  22. ^ „Věda ve zkratce: Výzkum hlodavců, přehled RNA a omiků“.
  23. ^ „Srdce ve vesmíru: Poučení z dlouhodobého výzkumu ISS (mise RR3)“.
  24. ^ "Porucha regenerace tkáně".
  25. ^ „Výzkum hlodavců 4 (RR4) (ARC00XX199)“.
  26. ^ „PRŮVODCE PÉČÍ A POUŽÍVÁNÍ LABORATORNÍCH ZVÍŘAT Osmé vydání“ (PDF).
  27. ^ „Vývoj metody postupného snižování pro změnu hustoty ustájení myší C57BL / 6 a hierarchické struktury myší: Přípravy na studie vesmírných letů“. doi:10.1016 / j.lssr.2018.03.002. PMC  6196723. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  28. ^ ""Síly spojené s vypuštěním do vesmíru nemají vliv na hojení zlomenin kostí „Life Sciences in Space Research Volume 16, February 2018, Pages 52-62“. doi:10.1016 / j.lssr.2017.11.002. PMC  5828031. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  29. ^ "Fixace celých zadních končetin myši pomocí fixační sady NASA pro vesmírné lety".
  30. ^ „Testes and ductens deferens of myší during space flight: cytoskeleton structure, sperm-specific protein and epigenetic events“ (PDF).
  31. ^ „Síť genových metabolitů spojená s inhibovanou bioenergetikou ve spojení se ztrátou svalu čtyřhlavého svalu myší vyvolaného vesmírným letem“.
  32. ^ „UCLA a CASIS budou spolupracovat na studii o možné terapii úbytku kostní hmoty na Mezinárodní vesmírné stanici“.
  33. ^ „Výzkum hlodavců-5 (SpaceX-11)“.
  34. ^ „Rodent Research 5 (RR5) (ARC00XX203)“.
  35. ^ "Systémová terapie NELL-1 pro osteoporózu".
  36. ^ „Myši v mikrogravitaci: jak výzkum hlodavců ve vesmíru urychluje časové osy studia“.
  37. ^ „TÝM VÝZKUMU V OBLASTI VÝZKUMU NASA HNED ZÍSKÁ MEZIHVĚZDNÍ OŠETŘENÍ NÁLEPKOU“.
  38. ^ „Rodent Research 9 (RR9) (ARC00XX200)“.
  39. ^ „Výzkum hlodavců-9 (SpaceX-12)“.
  40. ^ „Implantabilní nanokanálový systém pro dodávání terapeutik pro svalovou atrofii (Rodent Research-6)“.
  41. ^ „Výzkum hlodavců-6 (SpaceX-13)“.
  42. ^ „Výzkum hlodavců 6 (RR6) (ARC00XX201)“.
  43. ^ "Porucha regenerace tkáně".
  44. ^ „ASTRO-MYŠE NASA TESTUJÍ, JAKÝ VESMÍR DĚLÁ NA VAŠE STŘEDU“.
  45. ^ „Výzkum hlodavců-7 (SpaceX-15)“.
  46. ^ „Účinky vesmírného letu na gastrointestinální mikroflóru u myší: mechanismy a dopad na fyziologii více systémů“.
  47. ^ „Denní souhrnná zpráva ISS - 13. 9. 2018“.
  48. ^ A b C „Co letí dál“.
  49. ^ Plesnivá myš Chow zpomaluje spuštění draka SpaceX na vesmírnou stanici
  50. ^ "Výzkum hlodavců-8".
  51. ^ „ŽÁDOST SPONZOROVANÁ KASISEM PRO NÁVRHY REFERENČNÍ MISE 1 - VÝZKUM PRO VÝZKUM Hlodavců: APLIKACE PRO BIOSPECIMENY PRO VESMÍR.
  52. ^ „Role dráhy CDKN1a / p21 v mikrogravitaci - regenerační zástava kostní tkáně - studie vesmírných letů transgenních CDKN1a / p21 - nulové myši v mikrogravitaci“.
  53. ^ „Vaskulární zdraví ve vesmíru: MicroRNA v mikrogravitaci“.