El elemento de desarrollo de aplicaciones Lab-on-a-Chip ( LOCAD ) es un conjunto de proyectos relacionados de lab-on-a-chip en la NASA . Los proyectos desarrollan productos integrados de laboratorio en un chip en tres áreas relacionadas con la exploración espacial : control ambiental y soporte de sistemas de vida (ECLSS), sistemas médicos y exploración remota. La NASA lleva a cabo actividades relacionadas con estos proyectos tanto en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA como a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS).
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/a/ae/LOCAD-PTS_Team_Identifier.jpg)
Sistema de prueba portátil
El desarrollo de aplicaciones Lab-On-a-Chip - Portable Test System ( LOCAD-PTS ) es un dispositivo portátil para el monitoreo microbiano a bordo de la ISS. [1] Se desarrolló a partir del sistema de prueba portátil Endosafe (Endosafe-PTS), desarrollado por Charles River Laboratories para su uso en las industrias farmacéutica y de atención médica. [2] En 2004-2005, Charles River Laboratories se asoció con la Carnegie Institution for Science y el Marshall Space Flight Center de la NASA , incluidos BAE Systems y Jacobs Technology, para modificar el dispositivo Endosafe-PTS (y un sistema de manipulación de muestras) para vuelos espaciales. El proyecto LOCAD-PTS ha sido financiado en gran parte por la Dirección de Misión de Sistemas de Exploración (ESMD) de la NASA, bajo el Programa de Desarrollo de Tecnología de Exploración (ETDP), y específicamente bajo el paraguas de Control y Monitoreo Ambiental Avanzado (AEMC). [3]
El dispositivo en sí (o lector) pesa 2.2 libras y es un espectrofotómetro combinado , calentador y bomba, operado con múltiples cartuchos intercambiables para la detección de diferentes moléculas microbianas. Hay tres cartuchos LOCAD-PTS diferentes a bordo de la ISS, para la detección de tres moléculas microbianas diferentes: endotoxina , glucano y ácido lipoteicoico. Estas tres moléculas se encuentran principalmente en bacterias gramnegativas , hongos y bacterias grampositivas , respectivamente. La endotoxina y el glucano se detectan con la cascada enzimática del lisado de amebocitos de Limulus (LAL) , derivada del cangrejo herradura Limulus polyphemus . El ácido lipoteicoico se detecta con la cascada de enzimas Pro-fenol oxidasa (PPO) derivada del cangrejo Jonás , Cancer borealis . Mediante la amplificación de una pequeña señal, estas cascadas de enzimas permiten la detección de cantidades muy bajas de material microbiano inicial. Un astronauta puede tomar una muestra de hisopo de la superficie de una cabina, disolverla en agua sin endotoxinas y analizarla cuantitativamente con LOCAD-PTS en microgravedad, todo en menos de 15 minutos. Los métodos tradicionales basados en cultivos a bordo de la ISS tardan varios días y, a menudo, requieren la devolución de muestras a la Tierra para un análisis más profundo por parte de los científicos sobre el terreno.
LOCAD-PTS fue lanzado a la ISS el 9 de diciembre de 2006 a bordo del transbordador espacial Discovery STS-116 . Después de un período de cuatro meses de almacenamiento a bordo de la ISS, el dispositivo fue utilizado por primera vez por la expedición 14 / 15 ingeniero de vuelo Suni Williams el 31 de marzo de 2007, para analizar las superficies dentro de la Unidad . [4] Desde entonces, las tripulaciones de la Expedición 16 - Expedición 18 han utilizado ampliamente LOCAD-PTS para monitorear material microbiano en toda la EEI. El equipo LOCAD ha apoyado cada operación de LOCAD-PTS a bordo de la ISS desde consolas en el Centro de Integración y Operaciones de Carga Útil (POIC) de la NASA en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA. LOCAD-PTS continuará siendo utilizado a bordo de la ISS hasta octubre de 2009 por los astronautas de la Expedición 20 Mike Barratt y Tim Kopra.
La primera fase de las operaciones de la ISS tuvo lugar entre marzo de 2007 y febrero de 2008 (Expediciones 14-16), cuando se utilizaron cartuchos LAL para detectar endotoxinas en superficies dentro de la ISS. [5] [6] [7] Se encontró que la endotoxina se distribuía por toda la EEI, a pesar de las indicaciones previas de que la mayoría de las bacterias en las superficies de la EEI eran grampositivas. [8] Se detectó endotoxina en el 50% de todos los sitios de la superficie y comúnmente se encuentra en superficies dentro de las áreas de ejercicio, higiene, dormir y comer. Se encontró endotoxina en cada sitio de la superficie donde se observaron Unidades Formadoras de Colonias (UFC) con métodos de portaobjetos de contacto basados en cultivo. Los cartuchos de LAL-Glucan, para la detección de Beta-1,3-glucano, fueron lanzados a la ISS a bordo del Transbordador Espacial STS-123 en marzo de 2008. Los resultados preliminares con estos cartuchos mostraron patrones similares a los observados para endotoxinas, pero se encontró glucano en niveles más altos y se encontró que estaba mucho más extendido en toda la EEI. [9] Los cartuchos Gram +, para la detección de ácido lipoteicoico) fueron lanzados a la ISS a bordo del STS-126 el 14 de noviembre de 2008. Se han realizado pruebas con estos cartuchos durante las Expediciones 18-20.
Pruebas de campo y expediciones científicas
Antes de que LOCAD-PTS fuera lanzado al espacio, se probó extensamente en microgravedad simulada con el uso de vuelo parabólico , para verificar la función nominal del instrumento y los procedimientos de manipulación de muestras. [10] [11] También se utilizó durante varios años en expediciones científicas para estudiar la vida microbiana en entornos extremos de la Tierra. Estos entornos extremos incluyeron Svalbard en el Ártico alto (latitud 80N) durante la Expedición Svalbard analógica a Marte ártica patrocinada por la NASA (AMASE), [12] [13] [14] [15] volcanes en Kamchatka , en el extremo este de Rusia, durante el período ruso- Expediciones del Instituto de Astrobiología de la NASA (NAI) en 2004 y 2006, [16] [17] el desierto de Arizona durante los Estudios de Tecnología e Investigación del Desierto de la NASA (Desert RATS) de 2005 y 2006, [18] [19] [20] y el hábitat submarino Acuario en los Cayos de Florida durante la Expedición 5 de las Operaciones de la Misión de Medio Ambiente Extremo (NEEMO) de la NASA, bajo el mando de la astronauta Peggy Whitson , [21] [22] y el Monte Everest . [23]
LOCAD-PTS es una tecnología respaldada dentro del Programa de Control y Monitoreo Ambiental Avanzado (AEMC) de la NASA, que a su vez es respaldado por el Programa de Desarrollo de Tecnología de Exploración (ETDP) de la Dirección de Misiones de Sistemas de Exploración (ESMD) de la NASA. Todas las tecnologías dentro de AEMC han sido revisadas por el Consejo Nacional de Investigación y LOCAD-PTS tiene actualmente más de dos años de experiencia operando en órbita. [24]
Exploración LOCAD-PTS
LOCAD-PTS Exploration es un experimento de la ISS financiado por el Programa de Actividades de Misiones Análogas a la Luna y Marte (MMAMA) de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. [25] Es una colaboración entre BAE Systems, Charles River Laboratories (CRL), el Centro Espacial Johnson de la NASA (Oficina de Astronautas, División de Sistemas Térmicos y de Tripulación, y la Rama de Sistemas de Supervivencia de la Tripulación y Actividad Extravehicular (EVA)), el Centro Espacial Kennedy de la NASA y NASA Marshall Space Flight Center . El objetivo del experimento es diseñar y probar procedimientos para monitorear y documentar la propagación de material biológico asociado con los vuelos espaciales humanos, tanto antes como después del lanzamiento, en preparación para la exploración humana de la Luna y Marte. El experimento de exploración LOCAD-PTS ha sido financiado por la Dirección de Misiones Científicas (SMD) de la NASA, en el marco del Programa de Actividades de Misiones Análogas a la Luna y Marte (MMAMA), y es el primer experimento financiado por SMD a bordo de la ISS.
La sección ISS Starboard S6 Truss fue analizada con LOCAD-PTS en octubre de 2008 y diciembre de 2008, mientras se encontraba en la Instalación de Procesamiento de la Estación Espacial (SSPF) en el Centro Espacial Kennedy de la NASA, y nuevamente en el espacio después del lanzamiento del Transbordador Espacial Discovery STS-119. .
El S6 Truss fue limpiado en el espacio el día 5 de vuelo, el 19 de marzo de 2009, durante la primera caminata espacial de Steve Swanson (EV1) y Richard R. Arnold (EV2). Este "hisopo" se realizó indirectamente con los guantes del traje espacial. Los propios guantes fueron limpiados dentro de la ISS antes y después de EVA, con LOCAD-PTS, por el ingeniero de vuelo de la Expedición 18 Sandy Magnus. Las muestras de hisopos fueron luego analizadas a bordo de la ISS por Magnus el día 7 de vuelo, 21 de marzo de 2009. Este experimento marcó la primera vez en un vuelo espacial humano que la tripulación de EVA se revisó para detectar microbios antes de EVA, y fue mencionado por la tripulación de STS-119 al presidente Obama durante una videoconferencia desde el espacio durante STS-119. [26] Este tipo de procedimiento será necesario para monitorear y documentar la propagación de material biológico en apoyo del objetivo de la NASA de buscar vida en otros planetas [27] y cumplir con las regulaciones de protección planetaria .
Se realizaron más pruebas de exploración LOCAD-PTS en el módulo de logística multipropósito (MPLM) del vuelo 17A "Leonardo" en la sala de cambio de carga útil en la plataforma 39A durante el 5 al 8 de agosto de 2009. El MPLM 17A también se probó después de la inserción en la carga útil bahía del transbordador espacial Discovery STS-128 , programado para su lanzamiento el 25 de agosto de 2009. Además del MPLM en sí, también se realizó un estudio microbiano de toda la Estructura de servicio giratoria (RSS) y la Plataforma de lanzamiento móvil (MLP). Las superficies externas del 17A MPLM también se probarán después del aterrizaje del STS-128. Cada MPLM es un transportista de carga y se devuelve a la Tierra en la bahía de carga útil del transbordador espacial .
Galería
Cascadas de enzimas para los tres tipos de cartuchos LOCAD-PTS.
El equipo LOCAD-PTS habla con la ISS desde el control de la misión de la NASA (31 de marzo de 2007).
Greg Chamitoff usa LOCAD-PTS durante la Expedición 17 (junio de 2008).
Sandy Magnus usa LOCAD-PTS durante la Expedición 18 (enero de 2009).
Norm Wainwright (derecha) y Jake Maule prueban LOCAD-PTS durante un vuelo parabólico (2007).
LOCAD-PTS analiza la vida microbiana en las aguas termales del Ártico durante AMASE (2004).
Jake Maule (izquierda) y Jan Toporski (derecha) en el cráter del volcán Mutnovsky, Kamchatka (2004).
Mike Damon (primer plano) y Jake Maule en NASA Desert-RATS, Arizona (septiembre de 2006).
Jake Maule realiza un estudio microbiano de Pad 39A (4 de agosto de 2009).
Jake Maule prueba 17A MPLM en la bahía de carga útil de Shuttle (7 de agosto de 2009).
Karissa West realiza un estudio microbiano de Pad 39A (7 de agosto de 2009).
Referencias
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enlaces externos
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- Página de inicio de LOCAD. https://web.archive.org/web/20070518042949/http://locad.nasa.gov/
- Programa de Control y Monitoreo Ambiental Avanzado (AEMC) de la NASA. https://web.archive.org/web/20090327075637/http://aemc.jpl.nasa.gov/