Ученые предложили космическим экипажам производить лекарства прямо на орбите

Путь до Марса занимает от шести до девяти месяцев, а полет туда и обратно — несколько лет. Исследования на МКС показали, что больше половины лекарств в условиях космоса приходят в негодность раньше трех лет. Пополнить запасы с Земли на такой дистанции невозможно — слишком далеко и слишком дорого.

Ученые работали с вирусом под названием вирус мозаики вигны, или CPMV (cowpea mosaic virus). Это растительный вирус, который обычно поражает бобовые культуры, но у него есть другое свойство: он умеет активировать иммунную систему и заставлять ее атаковать опухолевые клетки. В предклинических исследованиях на мышах и клинических испытаниях на собаках с онкологией CPMV показал способность бороться с опухолями.

Проблема была в том, как добыть это вещество из растения. Обычный способ выглядит так: листья срывают, измельчают в кашицу и через лабораторное оборудование выделяют нужный продукт. Оборудование для этого занимает целое помещение. На борту космического корабля ему места нет.

Команда нашла другой путь. В листьях растений есть структура, которую называют апопластом, — это сеть крошечных пространств между клетками, снаружи от клеточной мембраны. Туда вирус выделяет частицы CPMV. Чтобы извлечь их, листья опускают в буферный раствор — специальную жидкость, которая поддерживает нужную среду для молекул, — затем помещают в герметичную емкость и откачивают воздух.

Из-за вакуума апопласт заполняется жидкостью. После этого листья раскручивают в центрифуге на малых оборотах, и жидкость с частицами CPMV выходит наружу. Ее пропускают через фильтр, который отделяет нужные крупные частицы от мелких фрагментов растительного материала. При этом лист остается целым и продолжает расти — его можно использовать снова.

Масштаб метода оказался рабочим: за два часа команда обработала больше 50 растений и получила очищенный препарат. Это компактный процесс, который не требует стерильных промышленных установок.

Чтобы проверить, как все это работает в условиях невесомости, исследователи построили специальную машину — она непрерывно вращала растения в разных направлениях, сводя воздействие гравитации к минимуму. Такие устройства обычно применяют для испытания материалов, но здесь их адаптировали для биологии. Вдобавок растения подвергали перепадам температуры и окислительному стрессу — так имитируют воздействие космической радиации.

Как растения закаляют космосом и причем здесь виноделие

Результат оказался неожиданным: в ряде случаев стресс увеличивал выработку CPMV. Авторы объясняют это природой самого вируса — когда растению плохо, оно становится уязвимее к болезням, а значит, вирус размножается активнее. Стресс, который в норме вредит, здесь работает на производство лекарства.

В основе всей концепции лежит идея, которую называют ISRU — использование ресурсов на месте (In-Situ Resource Utilization). Это подход, при котором экипаж не везет все необходимое с Земли, а производит это там, куда летит: воздух, воду, топливо, строительные материалы. Растения в этой схеме уже используют на МКС — они поглощают углекислый газ, выделяют кислород, дают еду. Теперь к этому добавляется возможность производить лекарства.

Сейчас исследователи планируют проверить, как на семена и генетические материалы влияет сам запуск ракеты. Кроме того, они рассчитывают, что метод найдет применение на Земле — в регионах, где промышленное производство лекарств недоступно из-за бедности или нарушений инфраструктуры.

Фото David Baillot/UCSD Jacobs School of Engineering