Studenci z Koła Naukowego Mikroinżynierii Mikroelektroniki i Mikrosystemów M3 są w finale konkursu organizowanego przez Europejską Agencję Kosmiczną. Mają szansę zbadać zachowanie hodowli komórek kostnych w warunkach mikrograwitacji. W tym celu konstruują naszpikowane najnowszą technologią laboratorium, niewiele większe od kostki Rubika.

Projekt powstaje w ramach międzynarodowego konkursu „OrbitYourThesis!” i tworzy go zespół, w skład którego wchodzą studenci i naukowcy z różnych uczelni – Politechniki Gdańskiej, Uniwersytetu Medycznego z Wrocławia i Uniwersytetu Zielonogórskiego. Politechnika Wrocławska jest koordynatorem wszystkich działań.

– Mamy już doświadczenie w realizacji studenckich projektów kosmicznych, dlatego wierzymy, że tym razem też nam się uda – mówi Adrianna Graja, doktorantka z Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki, liderka projektu. Przed paru laty, jeszcze jako studentka Wydziału Mechanicznego, uczestniczyła w projekcie TRACZ, który poleciał w przestrzeń kosmiczną na pokładzie rakiety REXUS. – Na Politechnice rozwijamy technologie kosmiczne, a także mamy studentów, którzy chcą się w takie przedsięwzięcia angażować – dodaje. 

Dlatego zebrała zespół, który pracuje nad projektem o nazwie „Plan. A”. Jako reprezentacja Politechniki Wrocławskiej w eksperymencie uczestniczą: Amanda Solaniuk, Grzegorz Dobroń i Kacper Surma – studenci Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki (W12), Aleksander Bojda z Wydziału Elektroniki (W4) oraz Paweł Piszko – doktorant na Wydziale Chemicznym (W3).

Jak stymulować komórki?

„Plan. A”  polega na opracowaniu i skonstruowaniu mikrolaboratorium, które ma zbadać rozwój komórek kostnych w przestrzeni kosmicznej. –  W takich warunkach, przy braku grawitacji, układ kostny człowieka degraduje się, przypomina to przyspieszony proces osteoporozy. Zastanawialiśmy się, czy istnieje jakaś metoda, która stymulowałaby te komórki. Oczywiście nie chodzi tu o ćwiczenia fizyczne, które przecież astronauci muszą podczas misji wykonywać regularnie, ale o stymulację innego typu – tłumaczy Amanda Solaniuk, studentka W12. Z tematyką kosmiczną miała już wcześniej do czynienia przy projektowaniu kolonii marsjańskiej na konkurs „Mars Colony Prize”.

Młodzi naukowcy chcą opracować najlepszą metodę stymulacji komórek kostnych. – Zastosujemy sygnał elektryczny lub mechaniczny, który pobudzi komórki. Planujemy nasz eksperyment równolegle przeprowadzić w przestrzeni kosmicznej i w warunkach ziemskich, tak aby móc porównać wyniki – wyjaśnia studentka. Dodaje, że takie badanie może w przyszłości pomóc nie tylko astronautom, ale również osobom chorującym na osteoporozę.

Laboratorium na chipie

Ich laboratorium badawcze ma się zmieścić w kostce wielkości 10 cm3. –  W laboratorium wraz z całą aparaturą potrzebną do utrzymania naszej hodowli komórek przy życiu umieścimy układy stymulacji, kondycjonowania warunków hodowlanych, oraz kamerę z obiektywem, która będzie  rejestrować postępy rozwoju komórek – tłumaczy Grzegorz Dobroń, prezes Koła Naukowego M3.

Młodzi naukowcy przyznają, że najtrudniejszym elementem projektu jest opracowanie metody hodowli komórek kostnych. – Wykorzystamy tutaj technologię laboratorium na chipie (lab-on-chip), która na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki jest rozwijana od wielu lat. Na płytce umieszczamy komórki, które następnie za pomocą specjalnych kanalików będą stale odżywiane. Dzięki temu mamy szansę zachować nasz materiał biologiczny przy życiu przez dłuższy czas – mówi Adrianna Graja.

Podkreśla, że wysłanie w kosmos żywych komórek to nie lada wyzwanie.

– Do tej pory w misjach satelitarnych wykorzystywano m.in. bakterie, które są dosyć odporne na różne warunki, DNA, które można nawet wysuszyć albo grzyby, które również mogą być liofilizowane. Wysłanie żywych komórek jest dużo bardziej wymagające i kosztowniejsze. W większości badań prowadzonych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) „obsługą” takiej próbki zajmuje się astronauta. W tym przypadku musi on wykonać dużo dodatkowych czynności. Nasza metoda – lab-on-chip – świetnie się do tego celu nadaje, bo jest dużo prostsza, autonomiczna, a co za tym idzie - znacznie tańsza – uważa doktorantka. Daje też możliwość stałego odżywiania komórek i utrzymywania odpowiedniej temperatury hodowli.

Dwie niezależne hodowle

Autorzy eksperymentu podkreślają, że ich projekt jest mocno interdyscyplinarny i wykorzystuje wiedzę z różnych dziedzin nauki. – Postanowiliśmy połączyć siły z innymi ośrodkami badawczymi. I tak Politechnika Gdańska wspiera nas w dostosowaniu naszych pomysłów bioinżynierskich do restrykcyjnej procedury kosmicznej. Adam Dąbrowski, który jest doktorantem na tej uczelni, ma za sobą staż w NASA – wyjaśnia Adrianna Graja.

Nasi naukowcy współpracują też z dwoma uczelniami medycznymi – z Wrocławia i Zielonej Góry. – Przedstawiciele tych dwóch ośrodków są odpowiedzialni za prowadzenie niezależnych hodowli tej samej linii komórkowej. Dzięki temu nasz projekt będzie miał większe szanse na sukces – dodaje.

Eksperyment kosmiczny ma trwać około 4 miesiące. – „Nasze” komórki na pewno tyle nie przetrwają. Szacujemy, że przeżyją około 11 dni, maksymalnie miesiąc – wyjaśnia Amanda Solaniuk. Tyle czasu na pewno nam wystarczy, żeby zaobserwować zachowanie hodowli – podkreśla studentka Politechniki Wrocławskiej.

Eksperyment na pokład Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ma szansę trafić w okolicach połowy 2021 roku. Studenci nie wiedzą jeszcze, czy ich projekt znajdzie się na ISS. Do finału konkursu Europejskiej Agencji Kosmicznej zakwalifikowało się siedem zespołów z różnych krajów. – Bardzo chcemy, aby nasz „Plan. A” wygrał, ale jeżeli się nie uda tym razem, na pewno się nie poddamy. Chcemy na naszej uczelni rozwijać technologie kosmiczne. A takie projekty świetnie nam w tym pomagają – mówią naukowcy z PWr.

Wyniki konkursu „OrbitYourThesis” zostaną ogłoszone prawdopodobnie pod koniec marca 2020.

Iwona Szajner