La investigación financiada por la NSF para mejorar la fabricación de productos y medicamentos cotidianos se lanzará en SpaceX CRS-25 – Parabolic Arc

Una nave de reabastecimiento SpaceX Cargo Dragon sale de la estación espacial durante una misión anterior en julio de 2021. (Crédito: NASA)

CENTRO ESPACIAL KENNEDY (FL) – Desde aderezos para ensaladas hasta gel de baño en espuma, muchos productos cotidianos podría obtener una actualización ecológica gracias a la investigación de la microgravedad. El City College of New York (CCNY) está iniciando una investigación en la Estación Espacial Internacional (ISS) sobre la misión número 25 de Servicios de Reabastecimiento Comercial (CRS) de SpaceX para probar formas más ecológicas de crear productos de espuma (que consisten en burbujas de gas dispersas en líquidos o sólidos) y productos elaborados mediante emulsión (cuando pequeñas gotas de un líquido se dispersan en otro fluido).

Sin embargo, esta no es la única investigación sobre SpaceX CRS-25 con el objetivo de mejorar los productos utilizados por millones de personas en todo el mundo. Investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y Instituto Politécnico Rensselaer (RPI) están aprovechando el Laboratorio Nacional de la ISS para mejorar la producción en masa de productos farmacéuticos como vacunas. Estas investigaciones son financiadas por el Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y buscar utilizar el entorno espacial único para ayudar a responder preguntas científicas que han sido difíciles de abordar en el terreno.

Uso de la microgravedad para fabricar espumas y emulsiones ecológicas

La investigación de CCNY tiene dos partes: una tiene como objetivo estudiar si es posible usar nanopartículas ecológicas en lugar de surfactantes para estabilizar espumas y emulsiones. Los surfactantes son compuestos químicos que estabilizan la interfaz entre el líquido y el aire o entre dos líquidos que no se mezclan, como el aceite y el agua. La otra parte del proyecto tiene como objetivo abordar una pregunta de hace 135 años sobre la estructura de empaque óptima de las espumas secas. Examinará cómo se juntan las burbujas en el nivel más básico. Durante décadas se ha pronosticado una estructura de empaque óptima, pero nunca se ha observado en espumas libres.

En la ISS, los dispositivos de microfluidos generarán espumas y emulsiones, que el equipo de investigación analizará utilizando un microscopio óptico en microgravedad, un entorno ideal para el experimento, dijo Jing Fan, profesor asistente de ingeniería mecánica en CCNY, quien es uno de los investigadores. liderando el proyecto.

La microgravedad es útil porque preservará las espumas y las emulsiones durante las horas que lleva probar si se pueden usar nanopartículas para estabilizarlas. En la Tierra, los efectos de la gravedad hacen que las espumas y las emulsiones se descompongan y drenen demasiado rápido. Además, en ausencia de la gravedad, las burbujas y gotitas que forman las espumas secas pueden ensamblarse sin estar confinadas en un recipiente. Esto permite a los investigadores estudiar la estructura de empaquetamiento más eficiente para las espumas.

“Ojalá podamos obtener algunos resultados que simplemente no se pueden obtener sobre el terreno”, dijo Fan. “Esto podría ayudarnos a encontrar soluciones a los problemas que hemos enfrentado durante décadas al intentar empacar y estabilizar espumas y emulsiones para uso comercial”.

Allanando el camino para mejorar la fabricación de vacunas y productos farmacéuticos

La agregación de proteínas (agrupamiento) es una limitación significativa en la fabricación farmacéutica que reduce la calidad y el rendimiento de muchos medicamentos y vacunas. Investigadores del estado de Arizona y RPI están utilizando condiciones de microgravedad en la ISS para abordar este problema. El equipo de investigación desarrollará y probará modelos predictivos para comprender y controlar la hidrodinámica (las fuerzas que actúan o ejercen los fluidos) que causan la agregación de proteínas durante el desarrollo de fármacos.

Una vez que la investigación esté en la ISS, los investigadores estudiarán el flujo y la agregación de proteínas comunes que se encuentran en la sangre humana. Harán esto girando una gota de solución de proteína de una pulgada de diámetro en un módulo motorizado y observando cómo experimenta lo que los científicos llaman “corte”, es decir, la fuerza de dos fluidos que se deslizan uno al lado del otro. El uso del módulo motorizado en microgravedad permite a los investigadores estudiar las acciones de las proteínas en un sistema líquido sin contenedores y sin paredes sólidas. En este sistema, la solución de proteína se comporta de una manera más similar a las proteínas rodeadas por tejido blando en el cuerpo humano. Esto se debe a que tiende a formarse una película sobre la superficie líquida de la gota, lo que da como resultado un confinamiento de la gota que se parece más a un tejido blando que a las paredes rígidas del recipiente.

La microgravedad es necesaria porque en la Tierra, una gota tan grande de solución de proteínas se rompería debido a inestabilidades gravitatorias. Sin embargo, en ausencia de gravedad, la gota se mantiene estable, explicó Juan López, profesor de matemáticas aplicadas en el estado de Arizona y uno de los investigadores que lideran el proyecto. Esto permitirá que el equipo de investigación observe la gota durante varias horas para determinar qué causa la agregación de proteínas y desarrollar modelos predictivos.

“Cuando diseñamos por primera vez este experimento novedoso, existía la euforia inicial de lograr que funcionara en microgravedad”, dijo López. “Ahora, nos estamos alejando del diseño de experimentos para entrar en el meollo de la ciencia”.

Los resultados podrían tener implicaciones generalizadas, ya que la mayoría de las vacunas que usamos hoy en día están basadas en proteínas. López dijo que es esencial comprender cómo afecta el cizallamiento a las proteínas, que siempre está presente en la producción farmacéutica de grandes lotes. Predecir los efectos del cizallamiento podría ayudar a los investigadores a determinar qué hacer para mitigar los resultados no deseados en la fabricación farmacéutica.

Estas son solo dos de las más de 15 cargas útiles patrocinadas por el ISS National Lab a bordo del SpaceX CRS-25, que se lanzará desde el Centro Espacial Kennedy no antes del 14 de julio a las 8:44 p. m. EDT. Por favor visítenos página de descripción general de la misión para obtener más información sobre todas las investigaciones patrocinadas por el ISS National Lab sobre SpaceX CRS-25.

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