Ricerche

Sarà presto condotto nello spazio un esperimento unico alla ricerca di ulteriori informazioni sulla meccanica di malattie come il diabete, l'Alzheimer e il Parkinson, guidato da un gruppo di ricerca del Rensselaer Polytechnic Institute.

Amir Hirsa, professore di ingegneria meccanica, aerospaziale e nucleare del Rensselaer, ha sviluppato un nuovo approccio per studiare la dinamica dei fluidi in un modo che imita più da vicino molti aspetti del corpo umano. L'unico problema è che richiede un ambiente di microgravità, quindi il posto migliore per testarlo è la Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Per vedere i preparativi per l'esperimento, guarda questo video.

"Le persone si stanno rendendo conto che la fluidodinamica non è un problema secondario; potrebbe essere un problema primario dal punto di vista fisiologico", ha detto Hirsa. "Comprendere la relazione tra flusso dei fluidi e formazione di amiloide potrebbe essere un piccolo ma importante passo nella comprensione di una malattia e nel lavoro verso una cura".

Le fibrille amiloidi sono gruppi di proteine ​​collegate alle malattie neurodegenerative. Il movimento fluido nel corpo causa sforzo da taglio, che aumenta la velocità con cui le proteine ​​perdono la loro forma naturale e si trasformano in fibrille. Lo studio di questo processo sulla Terra è complicato dai contenitori (necessari per contenere il fluido) che interferiscono con il processo di formazione della fibrilla.

Hirsa ha sviluppato un concetto, che definisce 'ring-sheared drop' (goccia tranciata da anello), che consentirà di studiare la fluidodinamica senza contenitore. In un ambiente a microgravità, sottolinea Hirsa, la tensione superficiale può tenere insieme il fluido. Ciò consentirà ai ricercatori di osservare come le proteine ​​reagiscono allo stress senza dover spiegare come anche le pareti solide di un piatto possono influire su di esse.

Il 21 luglio è previsto il lancio di un missile diretto alla ISS da Cape Canaveral in Florida. Tra le altre cose, trasporterà hardware costruito dalla NASA - ispirato da Hirsa - e campioni della proteina di insulina ricombinante umana preparata dal gruppo di Hirsa per questo esperimento.

Una volta che è in corso, una siringa erogherà una grande goccia di liquido costituito da acqua e insulina disciolta. La goccia si attacca a un anello sottile fisso su un lato e un altro anello sottile sull'altro lato che può ruotare. L'anello rotante può essere fatto girare per tagliare la proteina, accelerando significativamente la formazione di amiloide.

Prima del lancio, ingegneri e fornitori della NASA sono stati al Rensselaer per una settimana per certificare i campioni della squadra per il volo. Il team della NASA ha anche allestito una rete di comunicazioni nel seminterrato del Jonsson Engineering Center a Rensselaer, dove il team di Hirsa monitorerà continuamente l'esperimento visto che rimarrà nello spazio per settimane. I ricercatori saranno in grado di controllare il livello di taglio e di usare un microscopio e altre sonde per monitorare la formazione di fibrille proteiche.

"È incredibilmente interessante che stiamo portando qualcosa sulla Terra che non possiamo davvero studiare sulla Terra e stiamo andando nello spazio per escludere alcune variabili", ha detto Nick Debono, dottorando in ingegneria aerospaziale che fa parte del gruppo di ricerca di Hirsa. "Ancora più interessante è che non è mai stato fatto prima".

Questo progetto riunisce ingegneri di più discipline in uno stile collaborativo che è un segno distintivo del Centro Biotecnologie e Studi Interdisciplinari (CBIS) del Rensselaer, di cui fa parte Hirsa. Come esperto di meccanica dei fluidi e aerodinamica, che applica le sue conoscenze fondamentali alle scienze della vita, Hirsa incarna questo approccio.

Il CBIS è anche sede di un programma predottorato, finanziato dai National Institutes of Health, orientato alla ricerca di nuovi modi per diagnosticare e curare il morbo di Alzheimer con approcci interdisciplinari tecnologicamente guidati. Il progetto riflette anche l'eredità del Rensselaer nel lavorare con la NASA per spingere i confini dell'esplorazione nello spazio a beneficio dell'umanità.

"Questo è un sogno che si avvera", ha detto Hirsa. "Essere in grado di aiutare la ricerca sulla salute umana non era nella mia formazione originale, ma grazie a Dio sono riuscito ad applicare la scienza fondamentale a qualcosa che è davvero eccitante e influenza una grande parte della società".

Hirsa spera che questo metodo verrà utilizzato da altri gruppi di ricerca a bordo della ISS in futuro. Se il concetto funzionerà, ha intenzione di espandere le indagini del suo team con altre proteine ​​come quelle associate all'Alzheimer.

I ricercatori di Rensselaer immaginano futuri esperimenti in cui imitano ancora di più ciò che accade nel corpo, rivestendo la goccia tranciata da anelli con i film oleosi che formano le nostre membrane cellulari. Il loro lavoro potrebbe persino consentire lo sviluppo futuro di prodotti farmaceutici sulla Terra e nello spazio.

"Se questo esperimento avrà successo, ci sono diversi modi in cui è possibile usare l'hardware e la tecnologia sviluppati per studiare nello spazio, ad esempio, la formazione di film batterici nelle interfacce", ha detto Aditya Raghunandan, ingegnere postdottorato di ingegneria meccanica che lavora su questa ricerca. "Inoltre, se l'industria farmaceutica svilupperà un nuovo farmaco per curare l'Alzheimer, o il Parkinson, potremo usare la goccia tranciata da anello per comprendere la stabilità e l'efficacia del nuovo farmaco in presenza di stress e interfacce".