Demineralizacja kości w kosmosie. Student Politechniki Krakowskiej na tropie nowych metod leczenia astronautów

Student Politechniki jest jedynym Polakiem, który bierze udział w tym międzynarodowym projekcie badawczym, który zrzesza ponad 50 naukowców z całego świata. Ich misją jest wspieranie rozwoju technologii kosmicznych i upowszechnianie wiedzy o nich.

Program "Andromeda" to inicjatywa międzynarodowej organizacji non-profit - Deep Space Initative (DSI). Organizacja została założona w 2021 r. w Stanach Zjednoczonych przez Sarę Sabry, pierwszą astronautkę pochodzącą z Afryki. Działa z misją zwiększenia dostępności nauki o kosmosie, realizując założenie, że kosmos należy do całej ludzkości i nie powinien być zarezerwowany tylko dla wybranych. Wokół inicjatywy DSI skupieni są eksperci z całego świata: od inżynierów po prawników, a wśród doradców są specjaliści z NASA. Udział naukowców w programach badawczych DSI ma charakter wolontariatu.

Kacper Odziomek, student biotechnologii przemysłowej na Politechnice Krakowskiej, pracuje w zespole "Osteonautica" wspólnie z naukowcami z Kanady, Stanów Zjednoczonych i Austrii. Ich celem jest opracowanie koncepcji nowych środków przeciwdziałających demineralizacji kości u astronautów, spowodowanej przedłużoną ekspozycją na mikrograwitację.

- Projekt, nad którym pracujemy, ma charakter teoretyczny i analityczny. Ja kompletuję i analizuję dostępne wyniki badań medycznych, wykonuję obliczenia lub symulacje komputerowe, a następnie będę proponował wnioski i rozwiązania z obszaru terapii bioregeneracyjnych z wykorzystaniem między innymi farmakoterapii - tłumaczy Kacper Odziomek.

Jak podkreśla w krakowska uczelnia, problem, którym zajmuje się młody naukowiec, jest bardzo poważny. Przedłużona ekspozycja na mikrograwitację może negatywnie wpływać na układ mięśniowo-szkieletowy astronautów, a w szczególności powodować utratę masy kostnej, minerałów kostnych, przedwczesną osteoporozę, a także zwiększać podatność na złamania po misji. W wyniku przedłużonej ekspozycji na mikrograwitację zwiększa się również ryzyko kamicy nerkowej. Zaburzona homeostaza wapniowa może stanowić bezpośrednią przyczynę powstawania kamieni nerkowych, a kolka nerkowa jest realnym zagrożeniem dla całej załogi.

- Zmiany te wynikają przede wszystkim z braku obciążenia, słabej wydajności mięśni, zmniejszonej ogólnej hydrodynamiki i utraty gradientu ciśnienia hydrostatycznego. Ważną rolę odgrywają również predyspozycje genetyczne - wyjaśnia Kacper Odziomek.

Student z Krakowa wskazuje, że na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej odnotowano spadek gęstości kości wynoszący ok. 1-1,5 proc. na miesiąc. Po zakończeniu misji natomiast układ kostny regeneruje się najdłużej ze wszystkich. Obecnie główny środek zaradczy stanowią treningi fizyczne wykonywane do dwóch godzin dziennie przez sześć dni w tygodniu na bieżni, ergometrze i ARED, odpowiednio zbilansowane i różnorodne posiłki oraz niekiedy farmakoterapia bisfosfonianami. Skuteczność tych metod jest zróżnicowana w zależności od osoby. Przykładowo, tylko 15-18 proc. załogi wraca z zachowaną siłą i wytrzymałością kolan, a ponad połowa traci więcej niż 10 procent pierwotnej sprawności.

- Bisfosfoniany, choć hamują resorpcję, to nie pobudzają tworzenia nowej kości, a przy przedłużonym podawaniu rośnie ryzyko martwicy żuchwy i nietypowych złamań trzonu kości udowej. Doustne bisfosfoniany mogą powodować podrażnienia przewodu pokarmowego i niespecyficzną absorpcję związków zawartych w pożywieniu, co sprawia, że są one mniej atrakcyjnym rozwiązaniem do stosowania w surowych warunkach kosmicznych, gdzie wybór pożywienia jest ograniczony - wymienia Kacper Odziomek.

Nowe metody wspierania bezpieczeństwa zdrowotnego astronautów będą wykorzystywać różne dziedziny nauki: biologię, genetykę, biotechnologię, bioinformatykę. Zespół, w którym pracuje krakowski student, nie będzie prowadził samodzielnych eksperymentów na astronautach, ponieważ wykracza to poza możliwości inicjatywy.

Zaplanowane rezultaty projektu to: opracowanie szczegółowego raportu podsumowującego cały proces badawczy, wnioski, implikacje, kompletny i gotowy do publikacji w czasopismach naukowych artykuł zgodny z wyznaczonym przez zespół pytaniem badawczym oraz prezentacja podsumowującą cele projektu, metody, wyniki i przyszłe efekty. 

- Moja praca obejmuje m.in. gruntowny przegląd literatury naukowej oraz analizy ogromnej ilości danych m.in. pochodzących z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej - tłumaczy Kacper Odziomek.

Politechnika Krakowska dodaje, że jej student zajmuje się innowacyjnymi technologiami kosmicznymi również działając w Polskim Towarzystwie Astrobiologicznym. Realizuje także grant Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach projektu 'Wsparcie studentów w zakresie podniesienia ich kompetencji i umiejętności" oraz bierze udział w projekcie "BioOcuGel", w którym opracowywane są wielofunkcyjne systemy okładów dla pacjentów po zabiegach okulistycznych. Projekt jest realizowany we współpracy ze studenckim laboratorium innowacji Politechniki Krakowskiej - FutureLab. Kacper prowadzi badania w dziedzinie polimerowych systemów dostarczania leków w ramach Koła Naukowego "Biohydrogels".