قد تتيح النباتات لرواد الفضاء تصنيع الدواء في الفضاء

قطعة جديدة من الاكتفاء الذاتي في الفضاء

تفرض المهمات طويلة المدة خارج المدار الأرضي المنخفض قيدًا صعبًا على المخططين: فإعادة الإمداد بطيئة أو محدودة أو مستحيلة. وقد دفعت هذه الحقيقة بالفعل سنوات من العمل على استخدام الموارد في الموقع، من إنتاج الأكسجين والماء إلى زراعة الغذاء وإعادة تدوير النفايات. والآن يدفع فريق بقيادة باحثين في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو المنطق نفسه إلى مجال حيوي آخر من دعم المهمات: الطب.

وفقًا لبحث جرى تسليط الضوء عليه هذا الأسبوع، طوّر الفريق طريقة قد تتيح لرواد الفضاء استخدام النباتات كمصانع دوائية صغيرة، لإنتاج المركبات المفيدة وحصادها مرارًا أثناء المهمة بدلًا من حمل كل جرعة من الأرض. وبالنسبة للبعثات إلى القمر أو المريخ أو وجهات بعيدة أخرى، قد تصبح هذه القدرة أكثر من مجرد ميزة إضافية. فقد تكون جزءًا من البنية الأساسية التي تجعل الطواقم أكثر قدرة على الصمود طبيًا عندما لا تعود سلاسل الإمداد موجودة.

يركز العمل على فيروس نباتي يُعرف باسم فيروس فسيفساء اللوبيا، أو CPMV. وقد درس الباحثون CPMV لسنوات بسبب قدرته على تحفيز الاستجابات المناعية، بما في ذلك في التطبيقات المرتبطة بالسرطان. وتقول المادة الأصلية إنه في دراسات قبل سريرية على الفئران ودراسات سريرية على مرضى السرطان من الكلاب، أظهر CPMV فعالية ضد الأورام. ويتمثل التقدم الجديد أقل في اكتشاف الجزيء نفسه وأكثر في إيجاد طريقة عملية لإنتاجه واسترجاعه في ظروف مناسبة للفضاء.

لماذا يُعد الطب مشكلة لوجستية في الفضاء

من السهل التقليل من شأن الطب في هندسة الفضاء لأنه يشغل كتلة صغيرة مقارنة بالوقود أو أنظمة الموائل أو الغذاء. لكن المستحضرات الصيدلانية تطرح تحديًا مختلفًا. فقد تتحلل بمرور الوقت، وقد تحتاج إلى تركيبات متنوعة، ومن الصعب تخزينها بكميات غير محدودة لكل سيناريو قد يواجهه الطاقم. وكلما ابتعدت المهمة عن الأرض، ازدادت قيمة القدرة على تصنيع بعض العلاجات عند الطلب.

وتزداد هذه المشكلة حدة مع تخطيط الوكالات والمشغلين من القطاع الخاص لمهمات تمتد لأشهر أو سنوات. فطواقم الفضاء العميق ستحتاج إلى التعامل مع الأمراض الروتينية والالتهابات والإصابات، وربما حالات أكثر تخصصًا، من دون إخلاء فوري. ويمكن لمنصة إنتاج صغيرة ومتجددة تستخدم نباتات حية أن تخفف عبء التخزين وتوفر مادة بيولوجية طازجة عند الحاجة.

وتنسجم النباتات أصلًا بشكل طبيعي مع مفاهيم الفضاء طويلة المدى. فهي تستطيع المساعدة في تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين، والمساهمة في الغذاء أو البروتين، ودعم الرفاه النفسي في الموائل المغلقة. وتشير أعمال جامعة كاليفورنيا في سان دييغو إلى أنها قد تعمل أيضًا كطبقة تصنيع، تضيف إنتاجًا علاجيًا إلى الأنظمة البيولوجية نفسها المتوقع منها دعم الحياة والإقامة.

كيف تعمل الطريقة

استخدم الفريق نباتات Nicotiana benthamiana ونباتات اللوبيا ذات العين السوداء لتصنيع CPMV. وعادةً ما يتطلب استخراج المادة من مثل هذه النباتات إزالة الأوراق وطحنها، وهو ما يدمر النسيج النباتي ويولد نفايات. وهذا لا يناسب العمليات الفضائية، حيث يكون كل مدخل محدودًا وكل تيار من النفايات مهمًا.

وبدلاً من ذلك، يصف الباحثون نهجًا مبسطًا يسمح بزراعة المستحضرات الصيدلانية وحصادها مرارًا من دون تدمير النبات بالكامل ومن دون توليد كميات كبيرة من النفايات. وهذا هو الاختراق التشغيلي الأساسي. ففي مركبة فضائية أو موطن خارج الأرض، لا تقل قابلية الحصاد المتكرر أهمية عن المردود البيولوجي. ويمكن لعملية تحافظ على الكائن المنتج أن تحول مادة استهلاكية تُستخدم مرة واحدة إلى أصل مستمر.

وتؤطر المادة الأصلية هذا صراحة ضمن بيئة انعدام الجاذبية. وهذا مهم لأن العمليات التي تنجح في البيوت الزجاجية الأرضية لا تنتقل تلقائيًا إلى البيئات المدارية أو بيئات الفضاء العميق. فالسوائل تتصرف بشكل مختلف، وخطوات المناولة تصبح أكثر تعقيدًا، ووقت الطاقم نادر. ومن المرجح أن تصمد الأساليب التي تقلل المعالجة اليدوية وتتجنب المعدات الضخمة عند اختبارها في تصميم مهمة حقيقي.

وقد نُشر العمل في 5 يونيو في npj Science of Plants، وشارك فيه تعاون متعدد التخصصات بين عدة مراكز في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو للهندسة والمواد وأبحاث السرطان. وتعكس هذه التركيبة من الخبرات الأهمية الأوسع للمشروع. فهو يقع عند تقاطع هندسة أنظمة الفضاء وعلم النبات والتصنيع الحيوي، وليس ضمن مجال واحد فقط.

لماذا CPMV مهم

يُعد CPMV مرشحًا غير مألوف لأنه فيروس نباتي يُستكشف لاستخدامه العلاجي لدى البشر والبيطرة، ولا سيما لخصائصه المحفزة للمناعة. وهذا يجعله منصة عرض مفيدة لفكرة أوسع: لا يلزم أن تُشحن الأدوية الفعالة حيويًا دائمًا بوصفها منتجات نهائية ثابتة. فبعضها قد يُصنع من أنظمة حية عند الحاجة.

إذا أمكن توسيع هذا المفهوم، فقد يتجاوز التصنيع الحيوي الفضائي المستقبلي فيروسًا واحدًا أو فئة علاجية واحدة. وتكمن القيمة القريبة المدى في إثبات أن نظام إنتاج خفيف الوزن قائم على النباتات يمكن أن ينسجم مع منطق الاعتماد الذاتي في المهمات. أما الدلالة الأبعد فهي صيدلية داخلية متنوعة، لا تقوم على رفوف أدوية معلبة مسبقًا، بل على مجموعة من العمليات البيولوجية المتجددة.

• يمكن للنباتات أن تؤدي عدة أدوار في المهمة في الوقت نفسه، بما في ذلك دعم الهواء وإنتاج الغذاء والتصنيع العلاجي.
• يقلل الحصاد المتكرر الهدر ويحافظ على الموارد البيولوجية المحدودة.
• يمكن للإنتاج عند الطلب أن يساعد الطواقم على إدارة المهمات الطويلة التي لا يكون فيها إعادة الإمداد عمليًا.

من الاستخدام الفضائي إلى تطبيقات الأرض

كما يشير البحث أيضًا إلى الأرض. فقد تكون طريقة منخفضة التكلفة لإنتاج الأدوية تعتمد على النباتات ذات صلة بالمناطق النائية أو البيئات الطبية الشحيحة الموارد أو الأماكن التي يصعب فيها التصنيع التقليدي والتوزيع عبر سلسلة التبريد. وغالبًا ما تكتسب أبحاث الفضاء شرعيتها العامة عندما تحقق فوائد أرضية، وهذا المشروع يمتلك مسارًا واضحًا نحو هذا الطرح.

ومع ذلك، فإن الأهمية الفورية للعمل استراتيجية أكثر منها تجارية. فهو يعالج قيدًا حقيقيًا في رحلات الفضاء المأهولة: لا يمكن لبنى الاستكشاف أن تعتمد إلى أجل غير مسمى على وفرة الأرض. وإذا كان للمهمات أن تصبح طويلة الأمد حقًا، فهي بحاجة إلى وسائل لصنع المواد الأساسية في المكان، بما في ذلك المواد الطبية.

لا يعني هذا الجهد من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو أن رواد الفضاء على وشك تشغيل دفيئة صيدلانية كاملة في الطريق إلى المريخ. لكنه يوضح تحولًا مهمًا في كيفية تصور طب المهمات. فبدلًا من التعامل مع المستحضرات الصيدلانية بوصفها شحنات فقط، بدأ الباحثون ينظرون إليها بوصفها شيئًا قد يزرعه الطاقم يومًا ما، ويسترجعه، ويجدده كجزء من الموطن نفسه.

وهذه خطوة ملحوظة نحو نموذج أكثر استدامة للاكتشاف، وهي خطوة تزداد أهميتها كلما ابتعدت رحلات البشر في الفضاء أكثر عن الوطن.

يعتمد هذا المقال على تغطية من Universe Today. اقرأ المقال الأصلي.