Pierwszy polski bio-nanosatelita już jest w kosmosie. Konstrukcja, zaprojektowana przez naukowców z wrocławskich uczelni, instytutów badawczych i firmy SatRevolution, pozwoli na prowadzenie badań komórkowych w warunkach mikrograwitacji.

Projekt zrealizowano w ramach programu rozwoju Dolnośląskiej Strefy Technologii Biomedycznych. W 2018 r. samorząd Województwa Dolnośląskiego wraz z Narodowym Centrum Badań i Rozwoju przekazał na prace badawczo-rozwojowe w tym zakresie 100 mln zł.

Z dwudziestu pięciu zgłoszonych do konkursu wniosków specjalna komisja wyłoniła pięć, które otrzymały dofinansowanie. Wśród nich znalazł się właśnie projekt „Bio-nanosatelita wykorzystujący zminiaturyzowane instrumenty lab-on-chip oraz metodologia prowadzenia badań bio-medycznych z jego wykorzystaniem w warunkach mikrograwitacji”.

W skład konsorcjum projektowego weszła firma SatRevolution (lider), Politechnika Wrocławska, Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu oraz Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda PAN.

Politechniczna konstrukcja

– Nasz zespół odpowiadał za konstrukcję modułów laboratoryjnych, które umożliwią przeprowadzenie różnych badań biologicznych i medycznych. Wykonane zostały dedykowane lab-chipy, moduły detekcji optycznej, moduły zarządzania mikroprzepływem oraz konstrukcje mechaniczne lab-payloadu dla satelity – mówi dr inż. Patrycja Śniadek, kierownik prac z Katedry Mikrosystemów na Wydziale Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów.

Opracowany satelita ma objętość ok. 3 U (1 U to 10x10x10 cm, czyli ok. jeden litr). Zawiera w sobie bazę satelitarną wraz komputerami, antenami i elementami związanymi z komunikacją z Ziemią oraz miniaturowe laboratoria (tzw. lab-on-chip), umożliwiające przeprowadzenie różnego rodzaju badań komórkowych w warunkach mikrograwitacji.

Lab-on-chip to wykonane ze szkła miniaturowe urządzenie o rozmiarze od kilku milimetrów do kilku centymetrów kwadratowych, które łączy w sobie kilka funkcji laboratoryjnych. Wykorzystywane jest do różnego rodzaju analiz biochemicznych np. analizy materiału genetycznego, krwi, ale także do hodowli komórek.

Budową tego typu uniwersalnych platform badawczych naukowcy z Katedry Mikrosystemów zajmują się od dawna, a w ostatnich latach dostosowują je do wymagań nanosatelitarnych.

Kilka eksperymentów

W sumie w trakcie prowadzonych badań nad satelitą przeprowadzone zostały trzy eksperymenty. Pierwszy z nich zakładał zbadanie wpływu leków onkologicznych na hodowane komórki nowotworowe. W przyszłości tego typu eksperymenty mogą prowadzić do opracowania nowych terapii onkologicznych, antybiotykoterapii czy leków.

– W trakcie przeprowadzanych wcześniej badań w urządzeniach RPM, które symulują mikrograwitację, zauważono bowiem, że pozytywnie wpływa ona na proces leczenia. Terapie onkologiczne są w takich warunkach skuteczniejsze i działają szybciej – wyjaśnia dr inż. Patrycja Śniadek. – Być może w przyszłości powstaną na ziemi odpowiednie urządzenia RPM przystosowane do leczenia chorób nowotworowych – dodaje.

Kolejny eksperyment ma sprawdzić, czy w warunkach mikrograwitacji wykiełkuje znajdujące się na pokładzie nanosatelity nasionko rzeżuchy, a jeśli tak, to jaki jest potencjał jego rozwoju. Wykonana w tym celu została dedykowana mikrodoniczka z wykorzystaniem techniki druku 3D. Wcześniejsze testy w komorze RPM wykazały, że proces ten jest znacznie wolniejszy niż na Ziemi.

Trzecie badanie dotyczy z kolei zachowania grzybów kosmopolitycznych z gatunku Fusarium culmorum, które występują w większości regionów świata.

– Hodowla grzybów w miniaturowych laboratoriach to nowość w świecie naukowym. Temat ten nie był jeszcze mocno poruszany, a wynika to choćby z faktu, że stworzenie odpowiedniego środowiska do hodowli grzybów jest dość trudne. Oprócz pożywki muszą mieć one również zapewnione odpowiednie warunki środowiskowe – podkreśla badaczka.

Wzrost ziarenka w mikrodoniczce

Chwila niepewności

To właśnie zapewnienie odpowiedniej atmosfery ziemskiej we wnętrzu satelity było jednym z największych wyzwań w całym projekcie. Kolejna trudna kwestia to właściwe umieszczenie wszystkich elementów w mocno ograniczonej przestrzeni ładunkowej.

– Musiałyby być one zamontowane tak, żeby w trakcie startu nic nie zostało uszkodzone, a trzeba pamiętać, że mierzyliśmy się z przeciążeniami rzędu 10 G. Oczywiście nasz satelita przeszedł wcześniej wszystkie testy, ale w tego typu projektach zawsze pozostaje nutka niepewności, czy w ostatniej chwili nie wydarzy się nic niespodziewanego – tłumaczy dr inż. Patrycja Śniadek.

O tym, czy wszystko działa jak należy, nasi naukowcy przekonają się dopiero za kilka dni. Choć ich satelita jest już na orbicie, to jeszcze nie został wystrzelony w przestrzeń z komory „satelity-matki”. Ta operacja planowana jest pomiędzy 28 stycznia, a 2 lutego i dopiero wtedy będzie można nawiązać łączność z Ziemią.

Badania prowadzone będę przez ok. dwa tygodnie, z możliwością ewentualnego przedłużenia, gdyby okazało się, że po tym czasie nadal warto prowadzić obserwacje. Po zakończeniu eksperymentu satelita spłonie w ziemskiej atmosferze.

mic