Dopo oltre 20 anni di esperimenti condotti sulla Stazione Spaziale ecco come si sono concretizzati i numerosi ritorni scientifici.

Sono oltre vent’anni che la Stazione Spaziale Internazionale (o ISS) è diventata un avamposto e un laboratorio scientifico all’avanguardia di tutta l’umanità. Il primo decennio fu dedicato alla sua costruzione mentre il secondo è passato dai primi studi ed esperimenti all’utilizzo completo del laboratorio orbitante. Adesso che siamo entrati nel terzo decennio, stiamo raccogliendo il frutto del lavoro svolto in tutti questi anni.
Ecco un elenco delle 15 principali ricadute scientifiche di cui possiamo tutti beneficiare.

Samantha Cristoforetti
Samantha Cristoforetti. Credit: ESA/NASA, CC BY-SA 3.0 IGO

1. Una nuova generazione di tecnologia di scansione medica

Nella loro ricerca per studiare le stelle di neutroni, il team dietro il telescopio NICER ha creato e brevettato una sorgente di raggi X che può essere attivata e disattivata molto rapidamente. Ma questa tecnologia era anche ciò di cui aveva bisogno la neuroradiologia per migliorare le scansioni TC.

Le macchine CT tradizionali sono grandi, pesanti e consumano molta energia. Questo le rende difficili da distribuire in ambienti con poche risorse. Anziché utilizzare le grandi macchine a raggi X per acquisire una TAC, il Massachusetts General Hospital e i team NICER hanno lavorato insieme per creare un anello di queste nuove piccole sorgenti di raggi X modulate che possono essere montate attorno al paziente. Questo nuovo modello può ridurre la quantità di radiazioni a cui è esposto il paziente e consentire una migliore qualità dell’immagine anche a livelli di radiazioni inferiori.

Il dispositivo è stato brevettato e sono in corso ulteriori lavori per portarlo da prototipo a una prossima produzione di massa.

2. Produzione di nuovi farmaci per disturbi come la distrofia muscolare di Duchenne

Uno studio della Stazione Spaziale Internazionale sulla struttura cristallina di una proteina associata alla distrofia muscolare di Duchenne (DMD), una malattia genetica incurabile, ha fornito indicazioni sui composti che potrebbero inibirla. Un professore dell’Università di Tsukuba, in Giappone, ha usato i risultati per progettare diversi composti promettenti, tra cui TAS-205. Uno studio del 2015 ha verificato la sicurezza di TAS-205 per l’uso nell’uomo e nel 2017 è stato pubblicato un piccolo studio clinico su pazienti umani. A dicembre è iniziato uno studio di fase 3 per esaminare l’efficacia di TAS-205 in situazioni simili all’uso clinico effettivo è iniziato nel Dicembre del 2020 e proseguirà fino al 2027. 

Il team di ricerca stima che il farmaco possa rallentare fino al 50% la progressione della DMD, raddoppiando potenzialmente la durata della vita di molti pazienti.

3. Produzione di sangue artificiale per animali

Oltre a mostrare risultati promettenti nello sviluppo di farmaci, l’altro lavoro della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) sulla cristallizzazione delle proteine ​​in microgravità ha portato allo sviluppo di un’albumina animale artificiale. L’albumina è la proteina più abbondante nel sangue ma è difficile da cristallizzare sulla Terra. I ricercatori hanno utilizzato la stazione spaziale per cristallizzare l’albumina di cani e gatti e così comprendere meglio le strutture di queste proteine ​​e come si formano. I veterinari negli ospedali per animali hanno difficoltà a fornire trattamenti di trasfusione di sangue poiché non ci sono grandi riserve di sangue animale donato, un problema che potrebbe avere un impatto positivo attraverso la potenziale applicazione di questo lavoro alla medicina veterinaria.

L’astronauta Stephen Robinson ancorato all’estremità del braccio robotico nel 2005. Credits: NASA

4. Applicazioni della tecnologia robotica nelle fabbriche

La creazione del robot della stazione spaziale Robonaut ha portato allo sviluppo di un braccio robotico industriale. La NASA e la General Motors (GM) hanno sviluppato un prototipo di Robonaut e lo hanno testato sulla stazione, dove ha svolto con successo semplici compiti lavorando insieme agli astronauti. Il team ha quindi riconfigurato la parte simile a una mano del Robonaut in un dispositivo indossabile per aiutare sia gli astronauti che i lavoratori automobilistici a evitare affaticamento e lesioni alle mani. Inizialmente chiamato Robo-Glove. Il dispositivo ora è disponibile in commercio sotto il nome Ironhand, prodotto dalla Bioservo Technologies of Sweden. 

5. La ricerca degli studenti nello spazio

Le persone nate dopo il novembre 2000 hanno sempre conosciuto la vita con gli umani nello spazio: sono cresciute in un mondo con una Stazione Spaziale Internazionale in orbita sopra la testa. Per loro lo spazio è sempre sembrato accessibile e un luogo in cui scienziati di tutto il mondo conducono ricerche. E numerosi studenti hanno inviato le proprie ricerche alla stazione. Hanno aiutato a condurre esperimenti di sequenziamento del DNA come parte del programma Genes in Space, hanno controllato i robot usando il loro codice come parte della Kibo Robot Programming Challenge. Molti hanno progettato e schierato piccoli satelliti dalla stazione spaziale, inviando il loro lavoro nell’orbita terrestre bassa. La stazione è un avamposto che può essere usato non solo dagli astronauti, ma da tutti gli studenti e ricercatori del mondo.

6. L’abbassamento del calore nelle città e il monitoraggio dell’acqua

I dati dello strumento chiamato ECOSTRESS della NASA hanno già avuto molte applicazioni. L’ECOSTRESS misura sottili variazioni di temperatura per identificare i livelli di stress delle piante. Queste stesse misurazioni possono essere utilizzate per identificare il calore estremo, come quello prodotto da incendi o colate laviche, e per studiare il movimento delle correnti di acqua calda e delle ondate di calore nelle città.

I dati ECOSTRESS sono stati impiegati per ridurre il calore assorbito dalle superfici delle città, allocare meglio l’acqua, ridurre il rischio di incendio nelle foreste, misurare lo stress delle piante, cercare fonti di energia geotermica, rintracciare le zanzare e aiutare gli agricoltori ad irrigare in modo efficiente i loro campi.

I ricercatori della Cool Streets LA, che studiano diversi materiali che potrebbero ridurre il calore urbano, hanno utilizzato i dati di ECOSTRESS per vedere come cambiava il calore superficiale quando venivano applicati nuovi rivestimenti. Hanno scoperto che un sottile rivestimento grigio può fare in modo che una carreggiata asfaltata rifletta il sole come una carreggiata di cemento, riducendo il calore circostante di circa 2 gradi.

7. Miglioramento delle analisi a ultrasuoni sulla Terra

Per le persone che vivono nelle grandi città con ospedali completamente attrezzati, avere accesso a una tecnologia di imaging medica rapida e accurata di solito non è un problema. Tuttavia, quando le strutture mediche non sono facilmente raggiungibili, l’accesso a questa tecnologia può fare la differenza tra la vita e la morte.

Per prendersi cura degli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, i membri dell’equipaggio sono stati addestrati a utilizzare una piccola unità a ultrasuoni per esaminare i membri dell’equipaggio attraverso lo strumento Advanced Diagnostic Ultrasound in Microgravity (ADUM).

In collaborazione con il World Interactive Network Focused on Critical Ultrasound (WINFOCUS), il team ADUM ha adottato le tecniche sviluppate per gli astronauti delle stazioni e le ha adattate per l’uso in aree remote della Terra sviluppando protocolli per l’esecuzione rapida di procedure complesse con guida e formazione di esperti a distanza. Utilizzando i metodi ADUM, WINFOCUS ha formato più di 45.000 medici e tecnici in oltre 60 paesi. Man mano che gli operatori sanitari locali sono autorizzati, un numero maggiore di pazienti può accedere a cure diagnostiche tempestive e di qualità, rendendo il sistema sanitario più efficiente e consentendo diagnosi e cure precoci.

L’astronauta della NASA Peggy Whitson osserva l’esperimento di crescita delle piante di soia per l’esperimento Advanced Astroculture. Credits: NASA

8. Applicare la tecnologia di filtraggio dell’aria delle stazioni per combattere il COVID e preservare il cibo nei negozi di alimentari

Utilizzando il sistema Advanced Astroculture (ADVASC) della NASA, gli equipaggi della stazione hanno coltivato con successo due generazioni di piante di Arabidopsis, un organismo modello che è ben compreso e spesso utilizzato negli esperimenti di biologia di base. Il sistema ha fornito un controllo preciso dei parametri ambientali per la crescita delle piante, tra cui temperatura, umidità relativa, luce, apporto di nutrienti fluidi e concentrazioni di anidride carbonica ed etilene.

Gli scienziati hanno quindi adattato il sistema ADVASC per l’uso nella purificazione dell’aria sulla Terra. Inizialmente utilizzata per prolungare la durata di conservazione di frutta e verdura nei negozi di alimentari, la tecnologia ha attirato l’attenzione dei produttori di vino, che la utilizzavano nelle loro cantine per migliorare le condizioni di conservazione. Diverse aziende ora utilizzano questa tecnologia anche nei purificatori d’aria che si sono dimostrati efficaci nell’eliminare il virus SARS-CoV-2. Le aziende hanno prodotto e distribuito numerosi depuratori durante la pandemia. Una tecnologia a parte, testata per rilevare i contaminanti sulla stazione spaziale, è stata inclusa in un sensore d’aria utilizzato sulla Terra per generare un “indice di rischio di propagazione del virus” negli spazi condivisi, facendo sapere alle persone come ridurre l’affollamento o adottare altre misure per limitare il rischio. 

9. Prodotti per la casa di uso quotidiano

L’ultima formulazione dello spray per tessuti Febreze Unstopables TOUCH di Procter & Gamble (P&G) con tecnologia di rilascio del profumo attivata al tatto è la prima dell’azienda a incorporare materiali basati sulla ricerca sui colloidi condotta sulla Stazione Spaziale.

I colloidi sono miscele di minuscole particelle sospese in un liquido. Includono miscele naturali come latte e acqua fangosa, nonché prodotti fabbricati dallo shampoo alla medicina. Lo studio dei colloidi è complicato dal fatto che la gravità fa salire alcune particelle e affondare altre. La microgravità rimuove questa complicazione e rende possibili ricerche come gli Advanced Colloid Experiments (ACE) condotti dalla NASA, dall’ISS National Laboratory e da P&G.

P&G afferma che il lavoro sulla stazione li ha aiutati a comprendere e sviluppare la formulazione, consentendo loro di creare un fluido che sembra acqua.

10. Creazione di retine artificiali nello spazio

Le retine artificiali potrebbero ripristinare una visione significativa per i milioni di persone sulla Terra che soffrono di malattie degenerative della retina. La società statunitense LambdaVision ha ora condotto esperimenti sulla stazione spaziale per raggiungere l’obiettivo di produrre retine artificiali in microgravità. LambdaVision sta valutando un processo di produzione per sviluppare retine umane artificiali utilizzando una proteina attivata dalla luce chiamata batteriorodopsina, che potrebbe sostituire la funzione delle cellule sensibili alla luce danneggiate nell’occhio.
Questo processo crea impianti applicando uno strato dopo l’altro di una pellicola sottile. La microgravità può migliorare la qualità e la stabilità dei film limitando l’aggregazione e la sedimentazione delle particelle che si verificano sulla Terra. L’esperimento lanciato a dicembre Il 2021 ha dimostrato per la prima volta la produzione di un film a 200 strati in microgravità. Questo è un passo cruciale verso l’utilizzo dell’ambiente di microgravità per la produzione medica che può cambiare la vita a molte persone.

11. Semplificazione dei trattamenti contro il cancro

Lo studio PCG-5 sponsorizzato dall’ISS National Lab è incentrato sul miglioramento del modo in cui i farmaci vengono somministrati ai pazienti. Lo studio ha lavorato per far crescere una forma cristallina più uniforme dell’anticorpo monoclonale Keytruda®, che viene utilizzato per trattare diversi tipi di cancro, tra cui il melanoma e il cancro del polmone.
Gli anticorpi monoclonali non si dissolvono facilmente nel liquido. Ciò rende difficile creare un farmaco che può essere somministrato tramite un’iniezione in uno studio medico piuttosto che per via endovenosa, richiedendo ai pazienti di trascorrere ore in un ambiente clinico per ricevere il farmaco.

Il PCG-5, uno studio dei Merck Research Laboratories, ha prodotto sospensioni cristalline di alta qualità che potrebbero rendere Keytruda® erogabile per iniezione, rendendo il trattamento più conveniente per i pazienti e gli operatori sanitari e riducendo significativamente i costi.
Questo sviluppo è attualmente corso, così come la ricerca su altre potenziali terapie, secondo il Merck Research Laboratories. 

La Stazione Spaziale Internazionale. Credit: NASA

12. Sequenziamento del DNA nel Sistema Solare

Gli scienziati usano la Stazione Spaziale Internazionale come banco di prova per studiare come mantenere gli astronauti sani e salvi durante le missioni di lunga durata. Nel 2016, l’astronauta della NASA Kate Rubins ha condotto con successo il primo sequenziamento del DNA nello spazio, aprendo le porte alla ricerca di biologia molecolare in condizioni di volo spaziale. Il team ha utilizzato la piattaforma di sequenziamento MinION, un dispositivo non più grande di un telefono cellulare, per leggere le basi degli acidi nucleici nei campioni inviati alla stazione per lo studio.

Questa tecnologia può consentire agli scienziati di identificare rapidamente agenti patogeni sulla stazione spaziale o in future missioni di esplorazione e persino identificare potenzialmente la vita su altri pianeti del sistema solare se condivide una biochimica comune con la vita come la conosciamo sulla Terra. Questo dispositivo può aiutare a fornire informazioni ai ricercatori che lo utilizzano in località remote della Terra.

13. Monitoraggio della sicurezza termica sulla Terra

La temperatura corporea interna aumenta più velocemente durante gli esercizi sulla stazione spaziale rispetto alla Terra. L’esperimento ThermoLab dell’ESA (Agenzia spaziale europea) ha studiato la regolazione della temperatura corporea e gli adattamenti cardiovascolari nei membri dell’equipaggio sin dal 2009

La tecnologia che misura la temperatura corporea sviluppata per lo studio dall’azienda tedesca Dräge ha iniziato a fare la differenza sulla Terra. I dispositivi sono impiegati in molte cliniche per monitorare le incubatrici per neonati e i pazienti durante l’intervento chirurgico e sono stati utilizzati per studiare come il caldo estremo colpisce gli agricoltori in Kenya e Burkina Faso. Altre applicazioni del dispositivo includono il monitoraggio dei segni di affaticamento nelle persone che lavorano in condizioni estreme, inclusi vigili del fuoco e piloti di caccia.

14. Comprendere meglio la scienza del nostro mondo

Molti esperimenti in stazione stanno scoprendo nuove informazioni e fornendo indizi su misteri scientifici di lunga data. Queste informazioni aiutano i ricercatori a migliorare la comprensione da parte dell’umanità su argomenti come la combustione o la fisica dei fluidi, che possono portare a miglioramenti in tutto, dall’efficienza del carburante al raffreddamento dell’elettronica.

Quando i ricercatori dello studio FLEX della NASA hanno svolto sulla Stazione Spaziale in condizioni di microgravità, hanno analizzato i soppressori del fuoco studiando le singole goccioline di carburante in fiamme e hanno fatto una scoperta sorprendente: è presente una combustione a bassa temperatura dopo l’apparente estinzione della fiamma.
Denominata “fiamma fredda”, questo processo di combustione è distinto dalle fiamme che ci tengono al caldo accanto al fuoco. Le tipiche fiamme producono fuliggine, anidride carbonica e acqua. Fiamme fredde producono monossido di carbonio e formaldeide. Imparare di più sul comportamento di queste fiamme chimicamente diverse potrebbe portare allo sviluppo di veicoli più efficienti e meno inquinanti.

Uno studente fa una domanda agli astronauti durante un evento di downlink. Credits: NASA

15. Il ruolo divulgativo della Stazione Spaziale

Le conversazioni con gli astronauti, le storie registrati dai membri dell’equipaggio e i video di scienze educative preparati a bordo della stazione consentono di divulgare a tutta l’umanità la sua esplorazione del cosmo. L’Amateur Radio on the International Space Station (ARISS) offre agli studenti di tutto il mondo la possibilità di porre domande direttamente a un astronauta in orbita mentre apprendono le basi tecniche delle operazioni radioamatoriali. Il programma ha ora collegato più di 250.000 partecipanti con la stazione spaziale e oltre 100 membri dell’equipaggio. Centinaia di migliaia di studenti si sono collegati agli astronauti anche tramite eventi di downlink educativi, permettendo agli astronauti di ispirare la prossima generazione di scienziati e ingegneri. 

Riferimenti: NASA

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