W skrócie
- Stan mikrograwitacji eliminuje wiele ograniczeń, umożliwiając produkcję czystszych kryształów białek i bardziej jednorodnych struktur tkankowych niż w warunkach ziemskich.
- Dzięki spadkowi kosztów transportu, m.in. dzięki rakietom Falcon 9, możliwe stało się komercyjne wykorzystanie przestrzeni kosmicznej do produkcji zaawansowanych farmaceutyków.
- Branża zmaga się z wysokimi kosztami i niepewnością po wygaszeniu ISS, dlatego część firm stawia na autonomiczne kapsuły, chcąc przekształcić misje orbitalne w rutynowy proces.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Kosmiczne fabryki leków zastąpią ziemskie laboratoria
Tradycyjne podejście do wytwarzania farmaceutyków powoli ustępuje miejsca metodom rodem z science fiction. W El Segundo w Kalifornii, historycznym centrum amerykańskiego przemysłu lotniczego, inżynierowie z Varda Space Industries spędzili jeden z wieczorów na śledzeniu powrotu kapsuły z orbity. Robotyczny aparat wielkości pralki wrócił na Ziemię i wylądował ze spadochronem w Australii. Misja zrealizowana dla laboratorium badawczego U.S. Air Force miała na celu testy osłon termicznych, jednak nadrzędnym celem firmy pozostaje produkcja leków w warunkach mikrograwitacji.
Firma ta powstała w 2021 r. i w ciągu pięciu lat zaprojektowała i wystrzeliła sześć orbitalnych kapsuł. W przestrzeni kosmicznej zainstalowane na ich pokładzie miniaturowe laboratoria automatycznie rozpuszczają, chłodzą i krystalizują związki chemiczne. Na Ziemi procesy te zakłóca grawitacja, która wywołuje konwekcję i powoduje opadanie cząsteczek. Stan mikrograwitacji eliminuje te zjawiska, umożliwiając tworzenie czystszych, bardziej jednorodnych kryształów białek i leków.
Inżynierowie liczą na to, że unikalne środowisko orbity ułatwi produkcję, przechowywanie i podawanie przyszłych leków. Jeśli koncepcja się sprawdzi, przestrzeń kosmiczna przestanie być jedynie miejscem prowadzenia badań naukowych i stanie się na dużą skalę przestrzenią produkcyjną dla branży medycznej.
Zobacz również:
Spadają koszty wynoszenia ładunków na orbitę ziemską
Rozwój przemysłu w mikrograwitacji to efekt postępu technologicznego i spadku kosztów transportu orbitalnego. W czasach budowy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) koszty wynoszenia ładunków uniemożliwiały komercyjne wykorzystanie przestrzeni kosmicznej. Ograniczeniem było również przenoszenie tradycyjnych procedur laboratoryjnych na orbitę.
Przełom nastąpił, gdy astronautka Kate Rubins sprawdziła działanie standardowych pipet oraz mikropłytek w stanie nieważkości, co rozszerzyło możliwości prowadzenia eksperymentów. "Częściowo wynika to z tego, że bywam po prostu nieznośna" - wyjaśnia Rubins, obecnie dyrektorka Trivedi Institute for Space and Global Biomedicine na University of Pittsburgh.
Zasadniczym czynnikiem stymulującym rozwój tej branży stała się dostępność rakiet wielokrotnego użytku Falcon 9 firmy SpaceX. Koszt wyniesienia 1 kg ładunku w przestrzeń kosmiczną spadł z ponad 15 tys. dolarów w 2000 r. do mniej niż 4 tys. dolarów w 2025 r. Prognozy wskazują na możliwość dalszego spadku tych kosztów o kolejne 50 proc. do 2030 r. Lepsze warunki finansowe pozwalają komercyjnym podmiotom na szybsze testowanie pomysłów i wyciąganie wniosków.
Orbitujące mikrolaboratoria krystalizują białka i tkanki komórkowe
Eksperymenty koncernu Merck nad immunoterapeutycznym lekiem przeciwnowotworowym Keytruda wykazały, że mikrograwitacja pozwala uzyskać mniejsze i bardziej jednolite kryształy białkowe. Umożliwiło to opracowanie formy zastrzyku zamiast długotrwałego wlewu dożylnego. Sukces tego badania skłonił naukowców z firmy Varda do przeprowadzenia w 2023 r. próby z lekiem antywirusowym rytonawir. Firma dowiodła, że przetwarzanie substancji medycznych może odbywać się autonomicznie w przestrzeni kosmicznej.
Kolejne przedsiębiorstwa realizują własne projekty produkcyjne na ISS. Redwire Space współpracuje z firmą ExesaLibero Pharma nad hodowlą kryształów leków na schorzenia kości, a brytyjski startup BioOrbit wysłał na stację własną aparaturę krystalizacyjną. Z kolei firma LambdaVision wykorzystuje stan nieważkości do wytwarzania sztucznych siatkówek z białka bakteriorodopsyny. Brak sedymentacji (opadania cząstek stałych w cieczy) na orbicie pozwala uzyskać idealne warunki dla nakładania precyzyjnych warstw białkowych przy ograniczeniu strat materiałowych.
"Wszyscy inni wysyłają materiały, aby je zmienić. My nie chcemy, aby białko ulegało zmianom" - mówi Nicole Wagner, CEO LambdaVision.
Zastosowanie mikrograwitacji obejmuje także badanie komórek nowotworowych i hodowlę komórek macierzystych. W przestrzeni kosmicznej komórki rakowe szybciej tworzą trójwymiarowe struktury, co przyspiesza testowanie leków. Prace prowadzone w Cedars-Sinai Medical Center pokazują, że hodowane na orbicie organoidy charakteryzują się większą jednolitością i mniejszym wskaźnikiem obumierania cząsteczek. Wyniki te skłoniły NASA do przekazania 1,5 mln dolarów na kontynuację badań podczas nadchodzącej misji SpaceX.
Niepewna przyszłość prywatnych stacji kosmicznych
Mimo obiecujących wyników naukowych kosmiczna bioprodukcja zmaga się z wyzwaniami ekonomicznymi. Przygotowanie indywidualnych linii komórkowych na Ziemi kosztuje ponad 2 mln dolarów i trwa 8 miesięcy. Przeniesienie tego procesu w przestrzeń kosmiczną generuje zwielokrotnione koszty, co podaje w wątpliwość opłacalność takich przedsięwzięć. Niektóre produkty, takie jak implanty siatkówki LambdaVision, osiągają jednak ceny rynkowe pozwalające na zrekompensowanie wydatków na transport orbitalny.
Kolejnym wyzwaniem dla sektora pozostaje zbliżający się koniec eksploatacji Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, o którym pisaliśmy w GeekWeeku. Prywatne firmy, w tym Vast Space pracująca nad stacją Haven-1, przygotowują komercyjne zamienniki ISS. Obiekty te mają polegać w większym stopniu na automatyzacji i wymagać jedynie okazjonalnej obecności naukowców na pokładzie. Agencja NASA zadeklarowała jednak wsparcie finansowe tylko dla jednej prywatnej stacji. "Słowo 'niepewny' dobrze oddaje obecny stan branży. 'Początkujący' to kolejne" - podsumowuje Matthew Weinzierl, ekonomista z Harvard Business School.
W przypadku niepowodzenia projektów załogowych stacji kosmicznych alternatywą mogą stać się autonomiczne kapsuły powrotne. Varda planuje 7 takich lotów w 2027 r. oraz 10 kolejnych w 2028 r., stawiając na masową skalę i powtarzalność misji. Inżynierowie chcą przekształcić skomplikowane operacje kosmiczne w rutynowy proces przemysłowy. "Naszą największą nadzieją jest to, że proces ten pozostanie po prostu nudny" - przewrotnie podsumowuje Jordan Croom, wiceprezes ds. ładunków w Varda.
Źródło: Greshko M. Orbital alchemy. Maturing space labs and cheaper launches fuel dreams of manufacturing drugs and tissues in orbit. Science, Vol. 393, No. 6814 (2026). DOI: 10.1126/science.zmv9o06
