Afbeeldingsbron: Getty
Het lot van de gestrande NASA-astronauten Sunita Williams en Barry Wilmore op het Internationale Ruimtestation (ISS) en zorgen over hun gezondheid hebben de ruimtevaart onder de aandacht gebracht. De astronauten hadden slechts een achtdaagse missie naar het ISS gepland, maar hebben vijf maanden op het station doorgebracht vanwege een storing in hun Boeing Starliner. Ze zullen naar verwachting in februari volgend jaar naar huis terugkeren aan boord van de SpaceX-capsule. Nu India in 2035 zijn eigen ruimtestation zal hebben, zijn maatregelen ter versterking van het Indiase ruimtevaartprogramma van cruciaal belang. Onverwachte vertragingen bij terugkeermissies en langetermijnmissies leiden tot bezorgdheidS over de gezondheid en het welzijn van astronauten. Dit maakt de weg vrij voor het onderzoek en de ontwikkeling van technologieën die ruimteverkenners kunnen helpen tijdens hun verblijf. De nieuw getekende overeenkomst tussen de Indian Space Research Organization (ISRO) en het Department of Biotechnology (DBT) is een ideale kans voor innovatieve commerciële ontwikkeling in de life sciences-sector.
Waarom is innovatief onderzoek nodig?
De menselijke ruimtevaart bevindt zich midden in een revolutie. Nationale ruimtevaartagentschappen en commerciële ruimtevaartbedrijven, waaronder SpaceX en Blue Origin, maken snelle vorderingen op dit gebied. De meeste ruimteverkenningen zijn missies van korte of korte afstand geweest, maar in de nabije toekomst zullen er waarschijnlijk pogingen worden ondernomen om ruimte te verkennen van lange duur en op afstand. Tegelijkertijd zal het ISS – dat gezamenlijk wordt beheerd door de Verenigde Staten (VS), Canada, Rusland en Japan – waarschijnlijk begin 2030 buiten gebruik worden gesteld. China heeft al een eigen ruimtestation (het Tiangong-ruimtestation) en andere landen, waaronder India, zijn op weg om hun eigen stations operationeel te maken. Dienovereenkomstig is ISRO van plan zijn ruimteverkenningsprogramma’s uit te breiden en is het van plan langere verblijven in de ruimte door mensen op te nemen.
De meeste ruimteverkenningen zijn missies van korte of korte afstand geweest, maar in de nabije toekomst zullen er waarschijnlijk pogingen worden ondernomen om ruimte te verkennen van lange duur en op afstand.
De laatste verslagen van NASA-astronauten Sunita Williams en Barry Wilmore die lijden aan gewichtsverlies en spierverlies hebben de aandacht gevestigd op de aanzienlijke gezondheidsuitdagingen die menselijke ruimtevluchten met zich meebrengen en de behoefte aan unieke oplossingen om de gezondheid van de ruimte te beheren. Verlies van lichaamsgewicht, verminderde spiermassa, verminderde botdichtheid, blootstelling aan straling, kwetsbaarheid voor infecties, nierstenen, verminderde gezichtsscherpte en de stress die gepaard gaat met ongeplande langere verblijven zijn enkele van de belangrijkste obstakels waarmee ruimteverkenners worden geconfronteerd. Andere uitdagingen zijn onder meer lichamelijke reacties op nieuwe zwaartekrachten in het ruimtevaartuig en het ruimtestation, beperkte toegang tot gespecialiseerde medische voorzieningen en zorg, en gedragsveranderingen als reactie op isolatie en opsluiting. Deze fysiologische veranderingen zijn door gezondheidsexperts van het Amerikaanse Lunar and Planetary Institute beschreven als “natuurlijke stress” bij ISS-verkenning. Er bestaat echter een kennislacune in het begrijpen van de impact die de ruimte op de lange termijn heeft op de menselijke gezondheid. Er is ook behoefte aan de ontwikkeling van innovatieve methoden om de algehele gezondheid van ruimteverkenners aan te pakken en op hun beurt de productiviteit van ruimtemissies te garanderen. Dit vormt een impuls om ons begrip van het effect van de ruimtevaart op de menselijke gezondheid te vergroten en om technologieën te ontwikkelen die de uitdagingen van de ruimtevaart kunnen verzachten.
Wat kan biotechnologie doen?
In het licht van de Indiase ruimte-uitbreidingsprogramma’s, waaronder het aanstaande inheemse ruimtestation van India – het Bharatiya Antariksha Station (BAS) – dat tussen 2028 en 2035 zal worden gebouwd, is een multidisciplinaire aanpak voor het aanpakken van obstakels waarmee astronauten worden geconfronteerd essentieel. De Indian Space Research Organization (ISRO) en het Department of Biotechnology (DBT) hebben onlangs een Memorandum of Understanding (MoU) ondertekend waarin de formele integratie van ruimtewetenschap met biotechnologie wordt gemarkeerd, waarmee een nieuw tijdperk van transformatief onderzoek wordt ingeluid. De nieuw geschreven overeenkomst tussen ISRO en DBT omvat het ontwerpen en uitvoeren van experimenten die de dynamiek van gewichtloosheid op spieratrofie en cardiovasculaire gezondheid zullen onderzoeken, de impact van straling op de gezondheid op de lange termijn, het effect van veranderde microbiota op de darmimmuniteit, en de werkzaamheid en stabiliteit van medicijnen die in de ruimte worden gebruikt. Daarnaast biologische experimenten leuk vinden Het bepalen van de aard van de algen die kunnen worden gebruikt als voedingssupplementen voor de ruimtevaart, het ontwerpen van innovatieve methoden voor het bewaren van voedsel, het gebruik van algen voor de productie van vliegtuigbrandstof en het ontwikkelen van methoden om de recycling van afval te verbeteren, staan ook op stapel. Experimenten op dit gebied zullen waarschijnlijk worden uitgevoerd tijdens drie onbemande testmissies, die gepland zijn vóór de Gaganyaan-missie in India.
De nieuw geschreven overeenkomst tussen ISRO en DBT omvat het ontwerpen en uitvoeren van experimenten die de dynamiek van gewichtloosheid op spieratrofie en cardiovasculaire gezondheid zullen onderzoeken, de impact van straling op de gezondheid op de lange termijn, het effect van veranderde microbiota op de darmimmuniteit, en de werkzaamheid en stabiliteit van medicijnen die in de ruimte worden gebruikt.
Naast het verbeteren van het welzijn van ruimtereizigers, is onderzoek naar biotechnologie in de ruimte van oudsher gebruikt om de pathofysiologie van ziektetoestanden te begrijpen en heeft het geholpen bij de ontwikkeling van therapieën. Samenwerkingsstudies tussen de Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) en de Italian Space Agency (ASI) zijn gebruikt om de progressie van de ziekte van Alzheimer (AD) te bestuderen nadat studies hadden aangetoond dat de vorming van amyloïdefibrillen – de structuren die bijdragen aan het ontstaan van AD – effectief bestudeerd kunnen worden onder omstandigheden van microzwaartekracht of gewichtloosheid. Op dezelfde manier hebben de Airway Monitoring-experimenten van de European Space Agency (ESA) geholpen bij het monitoren en diagnosticeren van ademhalingsaandoeningen, zoals astma en longontsteking. Ondertussen is stamcelonderzoek in de ruimte nuttig in de regeneratieve geneeskunde en de evolutie van gepersonaliseerde geneeskunde voor neurodegeneratieve aandoeningen zoals beroerte, dementie en kanker.
Bovendien bevordert de ruimtevaartbiotechnologie de bioproductie van commercieel relevante producten, met name tegenmaatregelen tegen gezondheidsproblemen. Met name hebben studies naar de ontwikkeling van geneesmiddelen gebruik gemaakt van de unieke omstandigheden van microzwaartekracht, die stabiliteit aan eiwitstructuren bieden. Eiwitten worden doorgaans gebruikt als geneesmiddeltherapieën of als doelwitten voor geneesmiddelen en worden effectief geanalyseerd in hun kristallijne vorm. Dienovereenkomstig hebben onderzoeken naar eiwitkristalgroei (PCG) geleid tot de ontwikkeling van geneesmiddelen die zich richten op tuberculose, AD, kanker en spierdystrofie. Bovendien veroorzaakt microzwaartekracht fysiologische veranderingen, waaronder vasculaire veranderingen en immuundisfunctie, die lijken op veroudering en chronische ziekten. Deze omstandigheden markeren de noodzaak om de gezondheid in de ruimte aan te pakken, maar ze vertegenwoordigen ook unieke experimentele omstandigheden die natuurlijk voorkomende biologische toestanden nabootsen en die kunnen worden gerepliceerd, waardoor mogelijkheden worden geboden om de voortgang van ziekten te bestuderen en de ontwikkeling van therapieën om deze aan te pakken. Biofabricagetechnologieën, waaronder 3D-bioprinten van weefsels en organoïden (in vitro modellen van menselijke organen) hebben bijgedragen aan het bevorderen van de kennis over de ontwikkeling en regeneratie van weefsel, met name in het bot, het kraakbeen, de lever en het hart. Dit heeft ook het potentieel om onderzoekswerk te vertalen naar door weefsel vervaardigde biomedische apparaten.
Microzwaartekracht veroorzaakt fysiologische veranderingen, waaronder vasculaire veranderingen en immuundisfunctie, die lijken op veroudering en chronische ziekten.
Andere commerciële ondernemingen zijn onder meer de ontwikkeling van waterzuiveringssystemen, geleid door een alliantie tussen de Danish Aerospace Company (DAC) en Aquaporin Space Alliance ApS (ASA). Ten slotte hebben ruimtebiotechnologie en landbouw bijgedragen aan de ontwikkeling van klimaatbestendige gewassen en ruimtelandbouw, voornamelijk in de Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP)-strategie, die tot doel heeft voedingsrijke, hoogproductieve eetbare delen te produceren.
Een weg vooruit
Ruimtevaart door nationale ruimteagentschappen en de recente opkomst van ruimtetoerisme hebben verschillende nieuwe ondernemingen geopend voor wetenschap, technologie en geneeskunde. De nieuwe samenwerking tussen DBT en ISRO is een spannende onderneming waarbij de krachten van de biotechnologie kunnen worden benut om het menselijke ruimtevaartprogramma van het land te verbeteren, waarmee India’s ‚Tweede Ruimtetijdperk‘ wordt ingeluid. Dit dient ook als een middel voor India om zijn bio-economie te versterken. Samenwerking tussen onderzoekers in de ruimtetechnologie, biotechnologie en aanverwante sectoren, zoals kunstmatige intelligentie (AI) en robotica, kan een bestuursstructuur formuleren voor de ontwikkeling van biomedische producten. De betrokkenheid van meerdere belanghebbenden kan helpen bij het prioriteren en ontwikkelen van commercieel relevante producten, waarbij de nadruk vooral ligt op gezondheid, voeding en waterrecycling. Publiek-private partnerschappen (PPP) hebben bijgedragen aan de uitbreiding van de Indiase ruimtevaartsector. Het aantal start-ups dat zich op de ruimte richt, is aanzienlijk toegenomen; ruim 300 dragen bij aan innovatie. Meer recent heeft de biotechnologie bekendheid gekregen in het licht van COVID-19 en de recente onthulling van het beleid BioE3 (Biotechnology for Economy, Environment, and Employment) en Bio-RIDE (Biotechnology Research Innovation and Entrepreneurship Development), dat tot doel heeft de bioproductie in de sector te bevorderen. Indië. Het doel is om tegen 2030 een bio-economie van 300 miljard dollar te bereiken. Bovendien kan India, zoals eerder vermeld door ORF-onderzoekers, zich bezighouden met ruimtediplomatie met andere landen via het Initiative on Critical and Emerging Technology (iCET) en de Quadrilateral Security Dialogue (QUAD). (een groepering van Australië, India, Japan en de VS) voor de ontwikkeling van duurzame innovaties waarbij biotechnologie op de agenda staat. Er is veel vraag naar nieuwigheden op het gebied van de menselijke gezondheid, farmaceutische producten, regeneratieve geneeskunde, afvalbeheer en recycling. Dit demonstreert een opwindende kans voor Indiase onderzoekers om het wetenschappelijke karakter van het land uit te breiden en zijn commerciële bekwaamheid te vergroten.
Biotechnologie kreeg bekendheid in het licht van COVID-19 en de recente onthulling van het beleid BioE3 (Biotechnology for Economy, Environment, and Employment) en Bio-RIDE (Biotechnology Research Innovation and Entrepreneurship Development) dat tot doel heeft de bioproductie in India te bevorderen.
Het aanstaande ruimtestation van India en het groeiende ruimtevaartprogramma bieden kansen voor het land om zijn capaciteiten op te schalen en te vergroten. Nu India het ‚Tweede Ruimtetijdperk‘ binnentreedt (waartoe ook ruimtemissies van langere duur behoren), blijft het garanderen van de gezondheid en het welzijn van ruimtereizigers essentieel. Onderzoek naar de langetermijneffecten van de ruimtevaart op de menselijke gezondheid en de ontwikkeling van maatregelen om schadelijke gezondheidseffecten te verzachten kunnen worden gekanaliseerd via samenwerking met de biotechnologie en aanverwante sectoren. Bovendien bieden kenmerkende microzwaartekrachtomstandigheden een uniek platform voor onderzoek op het gebied van de levenswetenschappen, wat leidt tot de ontwikkeling van commercieel levensvatbare gezondheidsproducten die zowel door ruimtevaarders als door mensen op aarde kunnen worden gebruikt. Nu er aanzienlijke vooruitgang wordt geboekt op het gebied van ruimtevaart en toerisme, moet India de kansen grijpen die de nieuwe ISRO-DBT-overeenkomst biedt en bijdragen aan de uitbreiding van de bio-economie voor de toekomst.
Lakshmi Ramakrishnan is Associate Fellow bij de Observer Research Foundation
De hierboven weergegeven standpunten behoren toe aan de auteur(s). ORF-onderzoek en -analyses nu beschikbaar op Telegram! Klik hier voor toegang tot onze samengestelde inhoud: blogs, longforms en interviews.