Οι αστροναύτες σε μακροχρόνιες διαστημικές αποστολές ενδέχεται στο μέλλον να χρησιμοποιούν φυτά για να παράγουν φρέσκα αποθέματα φαρμάκων κατόπιν αναγκών, σύμφωνα με νέα έρευνα μηχανικών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD).
Η ομάδα ανέπτυξε μια απλή μέθοδο για την καλλιέργεια και την επαναλαμβανόμενη συγκομιδή φαρμακευτικών ουσιών από φυτά υπό συνθήκες που προσομοιάζουν το διάστημα, χωρίς να καταστρέφονται τα φυτά και χωρίς να δημιουργούνται μεγάλες ποσότητες αποβλήτων.
Η μέθοδος αυτή θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στη μεταφορά φθηνής φαρμακευτικής παραγωγής σε περιοχές της Γης με περιορισμένους πόρους. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στις 5 Ιουνίου στο περιοδικό npj Science of Plants.
Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις των διαστημικών ταξιδιών είναι ο εφοδιασμός των αστροναυτών με ασφαλή και αποτελεσματικά φάρμακα. Πολλές ουσίες διασπώνται ταχύτερα στο διάστημα, με αποτέλεσμα περισσότερα από τα μισά φάρμακα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό να λήγουν εντός τριών ετών. Το διάστημα αυτό επαρκεί οριακά για ένα ταξίδι μετ’ επιστροφής στον Άρη, ενώ ο τακτικός επανεφοδιασμός σε απόσταση εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη είναι ανέφικτος. Τα φυτά προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη λύση, καθώς λειτουργούν ως μικροσκοπικά εργοστάσια θεραπευτικών ενώσεων χρησιμοποιώντας μόνο φως, νερό και χώμα, αποφεύγοντας τις γιγάντιες δεξαμενές και τα αποστειρωμένα περιβάλλοντα των επίγειων εργοστασίων.
Παραγωγή πειραματικού φαρμάκου από φυτά
Η ερευνητική ομάδα απέδειξε την ιδέα χρησιμοποιώντας μια πειραματική θεραπευτική ένωση που μελετά για περισσότερο από μια δεκαετία: έναν φυτικό ιό που ονομάζεται ιός του μωσαϊκού του ψυχανθούς cowpea (CPMV). Ο CPMV είναι γνωστός για την ικανότητά του να διεγείρει το ανοσοποιητικό σύστημα ώστε να επιτίθεται στα καρκινικά κύτταρα, έχοντας δείξει ισχυρή αντικαρκινική δράση σε προκλινικά μοντέλα.
Για την παραγωγή του CPMV, οι ερευνητές χρησιμοποιούν τα φυτά Nicotiana benthamiana και black-eyed pea. Μέχρι σήμερα, η εξαγωγή των φαρμακευτικών προϊόντων από τα φυτά απαιτούσε τη συγκομιδή των φύλλων και την πολτοποίησή τους, μια διαδικασία που απαιτεί εργαστηριακό εξοπλισμό μεγάλου μεγέθους, ο οποίος δεν χωράει σε ένα διαστημόπλοιο.
Η νέα μελέτη απλοποίησε αυτό το βήμα, αντλώντας έμπνευση από την έκκριση προϊόντων που χρησιμοποιείται στα βακτηριακά κύτταρα. Τα φυτά εκκρίνουν προϊόντα σε ένα διαμέρισμα στο εσωτερικό των φύλλων που ονομάζεται αποπλάστης (apoplast), ο οποίος είναι ένα δίκτυο διασυνδεδεμένων χώρων έξω από την πλασματική μεμβράνη.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μπορούν να εξάγουν τον CPMV από τον αποπλάστη διατηρώντας τα φύλλα ανέπαφα. Αρχικά, τα φύλλα βυθίζονται σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα μέσα σε ένα σφραγισμένο δοχείο. Εφαρμόζεται κενό αέρος, το οποίο πλημμυρίζει τον αποπλάστη με υγρό. Στη συνέχεια, τα κορεσμένα φύλλα τοποθετούνται σε φιαλίδια και φυγοκεντρούνται απαλά για να εξαχθεί το υγρό που περιέχει τα σωματίδια του ιού. Το υγρό φιλτράρεται για να διαχωριστούν τα σωματίδια του φαρμάκου από το ανεπιθύμητο φυτικό υλικό. Η μέθοδος επέτρεψε τη συγκομιδή και τον καθαρισμό από 50 φυτά σε λιγότερο από δύο ώρες, και επειδή τα φύλλα παραμένουν ανέπαφα, τα φυτά συνεχίζουν να αναπτύσσονται για μελλοντικές συγκομιδές.
Δοκιμές σε συνθήκες προσομοίωσης διαστήματος
Η ομάδα δοκίμασε επίσης τη μέθοδο σε φυτά που αναπτύχθηκαν υπό συνθήκες προσομοίωσης διαστήματος. Για την αναπαράσταση της μικροβαρύτητας, κατασκευάστηκε μια μηχανή τυχαίας τοποθέτησης (random positioning machine), η οποία περιστρέφει συνεχώς τα φυτά για να εξουδετερώσει την επίδραση της βαρύτητας.
Τα φυτά εκτέθηκαν επιπλέον σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και σε οξειδωτικό στρες για να προσομοιωθούν οι επιπτώσεις της διαστημικής ακτινοβολίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι στρεσογόνοι παράγοντες αύξησαν ελαφρώς την απόδοση του CPMV. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι, επειδή τα φυτά γίνονται πιο ευάλωτα σε ασθένειες όταν στρεσάρονται και το προϊόν προέρχεται από φυτικό ιό, η απόκριση στο στρες μπορεί να αξιοποιηθεί για την αύξηση της παραγωγής.
Επόμενος στόχος της ομάδας είναι η δοκιμή της μεθόδου σε πραγματικές διαστημικές αποστολές. Πριν συμβεί αυτό, θα συνεχιστεί η μελέτη για το πώς οι συνθήκες του διαστήματος επηρεάζουν τις διαδικασίες των φυτών, όπως η πρόσληψη νερού και θρεπτικών συστατικών, ενώ σε συνεργασία με το Εργαστήριο Πυραυλικής Προώθησης του UCSD θα εξεταστεί πώς οι εκτοξεύσεις πυραύλων επηρεάζουν τους σπόρους των φυτών και το γενετικό υλικό.