Аппаратная система для исследования грызунов

НАСА для исследования грызунов Аппаратная система [ 1 ] предоставляет исследовательскую платформу на борту Международной космической станции для длительных экспериментов на грызунах в космосе. Такие эксперименты позволят изучить, как микрогравитация влияет на грызунов, предоставив информацию, имеющую отношение к космическим полетам человека , открытия в фундаментальной биологии и знания, которые могут помочь в лечении человеческих болезней на Земле.
Фон
[ редактировать ]На основе рекомендаций отчета Национальной академии наук, техники и медицины « Возвращая будущее космических исследований: исследования в области биологических и физических наук для новой эры» (2011 г.). В отчете содержалась рекомендация НАСА центр по исследованию грызунов, «как можно скорее» создать на борту Международной космической станции обозначенный как национальная лаборатория, чтобы обеспечить высокоприоритетные и длительные исследования на грызунах. Целью было проведение исследований продолжительностью до 6 месяцев. Поскольку продолжительность жизни мышей и крыс составляет не более пяти лет, «исследования этих грызунов в космосе могут экстраполировать важные последствия для людей, живущих в космосе, намного дольше шести месяцев». [ 1 ] [ 2 ]
НАСА Аппаратная система для исследования грызунов была разработана учеными и инженерами Исследовательского центра Эймса в Моффетт-Филд, Калифорния. [ 3 ] В прошлом краткосрочные эксперименты на грызунах доставлялись в космос на различных транспортных средствах, включая космический шаттл . Это первая «постоянная» лаборатория по исследованию грызунов. Система была разработана на основе знаний, полученных из модуля «Вольеры для животных». [ 4 ] [ 5 ] который совершил 27 полетов на борту космического корабля "Шаттл" в период с 1983 по 2011 год. Первая аппаратная система для исследования грызунов была доставлена на МКС кораблем SpaceX CRS-4 . [ 6 ] [ 7 ]
Дизайн
[ редактировать ]Система состоит из 4 основных компонентов. Транспортер используется для безопасного размещения грызунов во время транспортировки с Земли на космическую станцию. Его также называют модулем-транспортером вольера для животных (AEM-T). [ 8 ] Поскольку путешествие с Земли может занять до 10 дней, требуется система экологического контроля и жизнеобеспечения (ECLSS). Это обеспечивается модулем вольеров для животных-ECLSS (AEM-E). [ 9 ] Отделение доступа к животным обеспечивает сдерживание при перемещении грызунов между Транспортером и средой обитания; и Среда обитания, которая обеспечивает долгосрочное жилье для грызунов на борту станции. Компонент Habitat работает в стойке EXPRESS. [ 10 ] оборудование на борту станции. Члены экипажа будут использовать модуль доступа для тщательного изучения грызунов во время исследования и при необходимости перемещать их между местами обитания. Каждый модуль среды обитания обеспечивает до 10 мышей или шести крыс всем необходимым для комфортной жизни на борту станции, включая воду, еду, освещение и свежий воздух. Грызуны легко могут передвигаться по жилому пространству, цепляясь за решетки, которыми покрыты пол и стены. Модули включают возможность передачи данных по нисходящей линии связи, что позволяет контролировать условия окружающей среды, такие как температура. Видеосистема видимого света и инфракрасного излучения позволяет экипажу в космосе, а также ученым и ветеринарам на земле ежедневно следить за поведением и общим состоянием здоровья грызунов. [ 1 ] [ 7 ]
Миссии
[ редактировать ]Исследование грызунов-1 (RR1)
[ редактировать ]Доставлен 21 сентября 2014 года на МКС кораблем SpaceX CRS-4 . Миссия представляла собой проверку эксплуатационных возможностей оборудования для поддержки исследований на грызунах и предоставила ценную информацию, применимую к будущим долгосрочным космическим миссиям. Rodent Research-1 был совместной операцией НАСА и CASIS . В экспериментах участвовали 20 мышей; 10 мышей NASA и 10 мышей CASIS . Впервые грызунов доставили на МКС на борту беспилотного коммерческого корабля. «Исследование грызунов-1», продолжавшееся 37 дней, стало самым продолжительным на сегодняшний день исследованием на грызунах в космическом полете, проведенным на территории НАСА. [ 6 ] [ 3 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 7 ] [ 14 ] В эту миссию также был доставлен костный денситометр, который будет использоваться в последующих миссиях. [ 15 ] [ 16 ]
Исследование грызунов-2 (RR2)
[ редактировать ]
Доставлен 14 апреля 2015 года на МКС кораблем SpaceX CRS-6 . Исследование спонсировали Центр развития науки в космосе (CASIS) и Novartis Институт биомедицинских исследований . Основная цель исследования заключалась в мониторинге воздействия космической среды на опорно-двигательную и нервную системы мышей как модельных организмов здоровья и болезней человека. Помимо основного направления исследований, другие системы органов, включая цельную кровь, мозг, сердце, легкие, почки/надпочечники, печень, селезенку и тонкий кишечник, также были изучены на предмет молекулярных и морфологических изменений в зависимости от продолжительности пребывания в космическом полете. . В исследование были включены 40 мышей, 20 которых были доставлены на МКС, и 20 контрольных, которые остались на Земле. Исследование длилось 37 дней. [ 17 ] [ 18 ] Эксперимент по проверке костного денситометра был использован в поддержку RR-2. [ 15 ] [ 16 ]
Исследование грызунов-3 (RR3)
[ редактировать ]
Доставлен 8 апреля 2016 года на МКС кораблем SpaceX CRS-8 . Исследование спонсировалось Национальной лабораторией США на Международной космической станции в партнерстве с компанией Eli Lilly and Company . Основная цель заключалась в противодействии мышечной атрофии. В ходе исследования оценивалось, что ингибирование миостатина предотвращает атрофию и слабость скелетных мышц у мышей. Для этого эксперимента было отправлено двадцать мышей, и исследование длилось 33 дня. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] В рамках исследования астронавты успешно завершили функциональную оценку силы хвата у мышей в орбитальной лаборатории. Впервые измеритель силы захвата был использован для исследования грызунов на орбите, и собранные данные будут использованы для оценки эффективности лечения антимиостатином в предотвращении потери мышечной массы в космосе. [ 22 ] [ 14 ] [ 23 ]
Исследование грызунов-4 (RR4)
[ редактировать ]
Доставлен 19 февраля 2017 года на МКС кораблем SpaceX CRS-10 . Исследование спонсировалось Программой космических испытаний Министерства обороны США (DoD) и Центром развития науки в космосе (CASIS), управляющим Национальной лабораторией МКС. Основная цель исследования заключалась в том, чтобы лучше понять заживление костей и регенерацию костной ткани, а также изучить влияние микрогравитации на эти процессы. Исследование также было направлено на оценку определенных агентов, способных вызывать заживление и регенерацию костей в космическом полете. Исследование длилось 28 дней. [ 24 ] [ 25 ] Исследования НАСА в космосе с участием мышей требуют содержания мышей с плотностью выше, чем рекомендовано в «Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных». [ 26 ] По этой причине во всех предыдущих миссиях НАСА, в которых мыши содержались вместе, участвовали самки мышей. В этом космическом исследовании, посвященном заживлению костей, для оптимальных экспериментов необходимы мыши-самцы. Чтобы обеспечить достоверные результаты этого первого исследования НАСА с участием мышей-самцов, было проведено дополнительное исследование плотности жилья. [ 27 ] В исследование были включены 80 мышей, 40 которых были доставлены на МКС, и 40 контрольных, которые остались на Земле. Некоторые результаты этого исследования были опубликованы в журнале Life Sciences in Space Research, посвященном влиянию запуска в космос на заживление переломов костей. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]
Исследование грызунов-5 (RR5)
[ редактировать ]
Доставлен 3 июня 2017 года на МКС кораблем SpaceX CRS-11 . Исследование спонсировалось Центром развития науки в космосе (CASIS) в партнерстве с Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе. Основная цель исследования заключалась в оценке новой стратегии по смягчению одного из негативных последствий жизни в космосе (деградации костей). Всем мышам периодически вводили либо контрольную, либо экспериментальную терапию, содержащую NELL1 , белок, который при экспрессии может помочь регулировать ремоделирование костей. Исследование основано на исследовании NELL1 , проведенном группой под руководством доктора Чиа Су, хирургии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе профессора пластической , реконструктивной и ортопедической . [ 32 ] В экспериментах участвовали 40 мышей, доставленных на МКС. 3 июля 2017 года двадцать мышей были возвращены на Землю живыми. Это был первый раз, когда транспортер использовался для перевозки мышей с МКС обратно на Землю живыми. Все исследование длилось 30 дней. [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]
Исследование грызунов-9 (RR9)
[ редактировать ]
Доставлен 14 августа 2017 года на МКС кораблем SpaceX CRS-12 . Исследование спонсировалось программой «Космическая жизнь и физические науки» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Это первая миссия по исследованию грызунов, посвященная научным экспериментам, спонсируемым НАСА. Предыдущие миссии на МКС включали эксперименты коммерческих и других правительственных агентств, выбранные Центром развития науки в космосе ( CASIS ). [ 37 ] Миссия состояла из трех отдельных экспериментов под руководством главных исследователей Майкла Делпа, Сяо Вэнь Мао и Джеффри Уилли. Исследование Дельпа было направлено на изучение влияния длительного космического полета на сдвиг жидкости и повышение давления жидкости в голове, исследование Мао – на изучение влияния космического полета на сосуды, снабжающие кровью глаза, а исследование Уилли – на изучение степени деградация коленных и тазобедренных суставов, вызванная длительным пребыванием в невесомости. Полет продолжался 33 дня. [ 38 ] [ 39 ]
Исследование грызунов-6 (RR6)
[ редактировать ]
Доставлен 15 декабря 2017 года на МКС кораблем SpaceX CRS-13 . Исследование спонсировалось Центром развития науки в космосе (CASIS) в партнерстве с Novartis и NanoMedical Systems. Основная цель исследования заключалась в оценке нового терапевтического чипа для доставки лекарств в условиях микрогравитации . Чип наноканальной доставки лекарств доставляет лекарство формотерол , используемое при лечении астмы и других заболеваний, для достижения постоянной и надежной дозировки. [ 40 ] В экспериментах участвовали 40 мышей, доставленных на МКС. 13 января 2018 года двадцать мышей были возвращены на Землю живыми. Оставшихся 20 мышей изучали еще в течение 30 дней. Исследование длилось 60 дней. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]
Исследование грызунов-7 (RR7)
[ редактировать ]
Доставлен 29 июня 2018 года на МКС кораблем SpaceX CRS-15 . Это исследование стало второй миссией, спонсируемой программой «Космическая жизнь и физические науки» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства. Основной целью исследования было изучение влияния космической среды на микробиоту кишечника мышей. Важность этого исследования заключается в том, что нарушение нормальных сообществ микробиоты в пищеварительном тракте связано с множеством проблем со здоровьем: включая кишечное, иммунное, психическое и метаболическое здоровье. В экспериментах участвовали 20 мышей, доставленных на МКС. 3 августа 2018 года десять мышей были возвращены на Землю живыми. Все исследование длилось 77 дней. [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]
Исследование грызунов-8 (RR8)
[ редактировать ]Доставлен 8 декабря 2018 года на МКС кораблем SpaceX CRS-16 . Как ни странно, его не оказалось в списке научного груза для миссии. [ 48 ] Эксперимент обвинили в задержке запуска из-за обнаружения плесени на пище для мышей. [ 49 ] Исследование спонсируется Национальной лабораторией в партнерстве с Центром развития науки в космосе (CASIS) и Taconic Biosciences . Основная цель исследования — изучить физиологию старения и влияние возраста на прогрессирование заболевания с использованием групп молодых и старых мышей. Исследование будет состоять из 2 групп по 20 мышей в каждой. Половине каждой группы будет возраст 10–16 недель (молодая группа), другой половине — 30–52 недели (старшая группа). Половина каждой группы будет возвращена на Землю живой примерно через 30 дней. Остальные мыши будут подвергнуты эвтаназии и консервированы в криогенном режиме для изучения на Земле. [ 50 ] Это также обозначено как Справочная миссия по исследованию грызунов-1 (RRR-1). Для этой миссии собранные образцы будут предоставлены другим исследователям посредством предложений, представленных в CASIS. [ 51 ]
Исследование грызунов-10 (RR10)
[ редактировать ]Планируется, что эта миссия отправится к МКС на корабле SpaceX CRS-17 . [ 48 ] Исследование спонсируется Исследовательским бюро НАСА – Космическая жизнь и физические науки. Основная цель исследования — изучить путь CDKN1a/ p21 и его роль в остановке регенерации кости в условиях микрогравитации . В исследование вошли 20 мышей, 10 из которых были трансгенными мышами CDKN1a/ p21 -Null. Ожидается, что исследование продлится до 35 дней. [ 52 ]
Исследование грызунов-11 (RR11)
[ редактировать ]Планируется, что эта миссия отправится к МКС на корабле SpaceX CRS-17 . [ 48 ] Исследование спонсировалось Исследовательским бюро НАСА – Космическая жизнь и физические науки. Основная цель исследования — изучить, как микроРНК связана со здоровьем сосудов в условиях микрогравитации . В исследовании участвовали 20 мышей, которые должны были доставиться на МКС , и 20 мышей, которые остались на земле в качестве контроля. Примерно через 30 дней 20 мышей на МКС будут возвращены живыми. [ 53 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Новая резиденция НАСА для грызунов поднимает исследования на большую высоту» .
- ^ Возвращая будущее освоению космоса: исследования в области наук о жизни и физических науках для новой эры . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. 30 декабря 2011 г. ISBN 978-0-309-16384-2 .
- ^ Jump up to: а б «Проверка оборудования и операций для исследования грызунов» .
- ^ «Модуль вольера для животных (АЕМ)» .
- ^ Мойер, Эрик Л.; Дюмарс, Паула М.; Сунь, Гво-Шинг; Мартин, Кара Дж.; Хиткот, Дэвид Г.; Бойл, Ричард Д.; Скидмор, Майк Г. (3 марта 2016 г.). «Оценка космического полета грызунов в модуле вольера для животных НАСА в течение длительного эксплуатационного периода (до 35 суток)» . npj Микрогравитация . 2 (1): 1–7. дои : 10.1038/npjmgrad.2016.2 . ISSN 2373-8065 . ПМЦ 5515519 .
- ^ Jump up to: а б «НАСА завершает операцию Rodent Research-1 на Международной космической станции» .
- ^ Jump up to: а б с «Валидация новой экспериментальной системы на грызунах для исследования последствий длительного пребывания в космосе» .
- ^ «Заключительный отчет семинара Rodent Mark III Habitat, стр. 38» (PDF) .
- ^ «АЭМ-Э — Небольшая система жизнеобеспечения для перевозки грызунов на МКС» (PDF) .
- ^ «Ускорение обработки экспериментов на стойках космических станций (стойки EXPRESS)» . НАСА.
- ^ «Мышечная атрофия сохранных мышц у трансгенных мышей» .
- ^ «На борту Международной космической станции расширяются исследования грызунов» .
- ^ «Исследование грызунов-1 (SpaceX-4)» .
- ^ Jump up to: а б Скотт, Райан Т.; Талбурт, Элизабет Дельгадильо; Френч, Элисон Дж.; Лопес, Даниэль; Поло, Сан-Хуэй Лай; Бойко, Валерий; Динь, Мари Т.; Раск, Джон С.; Чакраварти, Кошик; Стюарт, Хелен; Дель Альто, Марта Э. (2020). «Анализ целостности временной РНК архивных биологических образцов космического полета» . Журнал ФАСЭБ . 34 (S1): 1. doi : 10.1096/fasebj.2020.34.s1.04628 . S2CID 91196211 .
- ^ Jump up to: а б «Костный денситометр» .
- ^ Jump up to: а б Веллингер, Джон К.; Бартон, Кеннет; Фагет, Пол; Тодд, Пол; Боланд, Евгений (2016). «Денситометр костей грызунов на Международной космической станции: конструкция и характеристики прибора» . 41-я научная ассамблея Коспар . 41 : Ф5.1–1–16. Бибкод : 2016cosp...41E1994V .
- ^ «Новартис Исследования грызунов-2» .
- ^ «Исследование грызунов 2 (RR2) (ARC00XX197)» .
- ^ «Оценка ингибирования миостатина для предотвращения атрофии и слабости скелетных мышц у мышей, подвергшихся длительному космическому полету» .
- ^ «Исследование грызунов 3 (RR3) (ARC00XX198)» .
- ^ «Исследование грызунов-3 (SpaceX-8)» .
- ^ «Наука вкратце: исследования грызунов, обзор РНК и омиков» .
- ^ Ван, Д.; Дойз, Т.; Райхенспурнер, Х.; Шрепфер, С. (2018). «Сердца в космосе: уроки, извлеченные из длительных исследований на МКС (миссия RR3)» . Торакальный и сердечно-сосудистый хирург . 66 : S1–S110. дои : 10.1055/s-0038-1628063 .
- ^ «Регенерация тканей-Костный дефект» .
- ^ «Исследование грызунов 4 (RR4) (ARC00XX199)» .
- ^ «РУКОВОДСТВО ПО УХОДУ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ, восьмое издание» (PDF) .
- ^ Скофилд, Дэвид К.; Ритлевски, Джеффри Д.; Чилдресс, Пол; Шах, Кишан; Такер, Аамир; Хан, Фейсал; Певелер, Джессика; Ли, Дин; МакКинли, Тодд О.; Чу, Тянь-Мин Г.; Хикман, Дебра Л.; Качена, Мелисса А. (2018). «Разработка ступенчатого метода изменения плотности и иерархической структуры жилья самцов мышей C57BL/6: подготовка к исследованиям космических полетов» . Науки о жизни в космических исследованиях . 17 : 44–50. дои : 10.1016/j.lssr.2018.03.002 . ПМК 6196723 . ПМИД 29753413 .
- ^ Чилдресс, Пол; Бринкер, Александр; Гонг, Синтия-Мэй С.; Харрис, Джонатан; Оливос, Дэвид Дж.; Ритлевски, Джеффри Д.; Скофилд, Дэвид К.; Чой, Сунгшин Ю.; Ширази-Фард, Ясаман; МакКинли, Тодд О.; Чу, Тянь-Мин Г.; Конли, Кэролайн Л.; Чакраборти, Набарун; Хаммамия, Раша; Качена, Мелисса А. (2018). «Силы, связанные с запуском в космос, не влияют на заживление переломов костей» . Науки о жизни в космических исследованиях . 16 : 52–62. дои : 10.1016/j.lssr.2017.11.002 . ПМЦ 5828031 . ПМИД 29475520 .
- ^ Фишер, Джеймс П.; Винингер, Остин Э.; Хаймс, Эван; Чакраборти, Набарун; Хаммамия, Раша; Качена, Мелисса А. (2017). «Фиксация целых задних конечностей мыши с помощью фиксирующего комплекта НАСА для космического полета» . Журнал гистотехнологии . 40 (4): 115–120. дои : 10.1080/01478885.2017.1394561 . S2CID 91032208 .
- ^ «Яички и семявыносящие протоки мышей во время космического полета: структура цитоскелета, специфичные для сперматозоидов белки и эпигенетические события» (PDF) .
- ^ Чакраборти, Набарун; Убывающая, Дэвид Л.; Гаутам, Аарти; Хок, Эллисон; Соу, Бинту; Юсеф, Дана; Батлер, Стефан; Савальо, Майкл; Чилдресс, Пол Дж.; Кумар, Райна; Мойлер, Кэндис; Димитров, Георгий; Качена, Мелисса А.; Хаммамия, Раша (2020). «Сеть генов-метаболитов, связанная с подавлением биоэнергетики в связи с потерей четырехглавой мышцы мыши у самцов, вызванной космическим полетом» . Журнал исследований костей и минералов . 35 (10): 2049–2057. дои : 10.1002/jbmr.4102 . ПМЦ 7689867 . ПМИД 32511780 .
- ^ «UCLA и CASIS будут сотрудничать в исследовании на Международной космической станции возможной терапии потери костной массы» .
- ^ «Исследование грызунов-5 (SpaceX-11)» .
- ^ «Исследование грызунов 5 (RR5) (ARC00XX203)» .
- ^ «Системная терапия NELL-1 при остеопорозе» . [ мертвая ссылка ]
- ^ «Мыши в условиях микрогравитации: как исследования грызунов в космосе ускоряют сроки исследований» .
- ^ «КОМАНДА НАСА ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ ГРЫЗУНОВ ПОЛУЧАЕТ МЕЖЗВЕЗДНУЮ НАКЛЕЙКУ» .
- ^ «Исследование грызунов 9 (RR9) (ARC00XX200)» .
- ^ «Исследование грызунов-9 (SpaceX-12)» .
- ^ «Имплантируемая наноканальная система для лечения мышечной атрофии (Rodent Research-6)» .
- ^ «Родент Исследователь-6 (SpaceX-13)» .
- ^ «Исследование грызунов 6 (RR6) (ARC00XX201)» .
- ^ «Регенерация тканей-Костный дефект» .
- ^ «АСТРОМЫШИ НАСА проверят, какое влияние космос оказывает на ваш кишечник» .
- ^ «Родент Исследования-7 (SpaceX-15)» .
- ^ «Влияние космического полета на желудочно-кишечную микробиоту мышей: механизмы и влияние на мультисистемную физиологию» .
- ^ «Сводный ежедневный отчет МКС – 13.09.2018» .
- ^ Jump up to: а б с «Что летит дальше» .
- ^ «Moldy Mouse Chow откладывает запуск SpaceX Dragon на космическую станцию» . Space.com . 04.12.2018. Архивировано из оригинала 25 июня 2023 г.
- ^ «Исследование грызунов-8» .
- ^ «Спонсируемый CASIS ЗАПРОС ПРЕДЛОЖЕНИЙ ДЛЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ МИССИИ-1 ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ ГРЫЗУНОВ: ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ БИООБРАЗЦОВ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ» .
- ^ «Роль пути CDKN1a/p21 в остановке регенерации костной ткани, вызванной микрогравитацией – космическое исследование трансгенных мышей с нулевым CDKN1a/p21 в условиях микрогравитации» .
- ^ «Здоровье сосудов в космосе: микроРНК в условиях микрогравитации» .