En los primeros días de los vuelos espaciales, simplemente poner un satélite en la órbita de la Tierra era un logro. En nuestra era, aterrizar rovers en otros planetas y traer muestras de asteroides a casa es lo último. Pero la próxima frontera se acerca rápidamente, cuando los astronautas permanecerán durante largos períodos de tiempo en la Luna y, con suerte, en Marte.
Pero antes de que podamos enviar personas a esos entornos peligrosos, las agencias espaciales asociadas de Artemis deben saber cómo mantenerlos a salvo. Una parte importante de eso es simular las condiciones en la Luna y Marte.
Doce astronautas caminaron sobre la superficie de la Luna durante la era Apolo. En la misión Apolo 7, la primera en aterrizar en la Luna, los astronautas solo permanecieron en la superficie 2,5 horas. El tiempo de superficie siguió alargándose en las misiones posteriores, y durante la última misión de superficie, Apolo 11, la tripulación registró 22 horas de EVA (actividad extravehicular).
La superficie lunar es un entorno peligroso y una visita de 24 horas supone un riesgo significativo. Sin embargo, el Programa Artemisa tiene un objetivo diferente al de Apolo. Los aterrizajes serán de corta duración al principio, pero eventualmente, el objetivo de Artemis es establecer una presencia a largo plazo, incluidos humanos y robots. Y mientras que la Luna es el primer destino, Artemisa tiene como objetivo llegar a Marte.
Cualquier misión a Marte tendrá una duración de unos tres años. Se necesitan siete meses para llegar allí, luego alrededor de 26 meses para que Marte y la Tierra estén lo suficientemente cerca para el viaje de regreso, luego otros siete meses para llegar a casa. La planificación de las intervenciones médicas durante la visita de siete meses es una parte fundamental de la misión. Las intervenciones médicas deben tener algunas funciones autónomas, y el objetivo debe ser que los astronautas vuelvan a trabajar.
Investigadores de la Universidad de Birmingham del Reino Unido están trabajando en el programa Bio-SPHERE (Biomedical Sub-surface Pod for Habitability and Extreme-environments Research in Expeditions) en nuevos laboratorios que se están estableciendo a 1,1 km bajo tierra, en una de las minas más profundas del Reino Unido. Bio-SPHERE eventualmente trabajará en todo tipo de amenazas y obstáculos que enfrentarán los astronautas de Artemis, incluido el movimiento de equipos pesados bajo tierra y el acceso limitado a materiales.
Pero el primer laboratorio de Bio-SPHERE se centrará en la salud de los astronautas, una piedra angular del éxito del programa Artemis. en un artículo publicado en NPJ Microgravity, los investigadores describieron el diseño de un centro de salud subterráneo para apoyar a los astronautas. Es un módulo de simulación de 3 metros de ancho diseñado para probar los procedimientos biomédicos necesarios para preparar materiales para tratar el daño tisular. Estos incluyen fluidos complejos, polímeros e hidrogeles para medicina regenerativa que podrían usarse en apósitos para heridas o como rellenos para mitigar daños.
Ya hay un laboratorio subterráneo cerca de la mina. se llama el Laboratorio subterráneo de Boulby, y ha estado en uso desde la década de 1990. Los investigadores estudian astrobiología y exploración planetaria, ciencias ambientales y de la tierra y física de partículas en Boulby. Por lo tanto, encaja perfectamente con el programa Bio-SPHERE.
La investigadora principal de Bio-SPHERE es la Dra. Alexandra Iordachescu, de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham. “Estamos entusiasmados de asociarnos con el fantástico equipo científico del Laboratorio Subterráneo de Boulby”, dijo Iordachescu en un comunicado de prensa. “Esta nueva capacidad ayudará a recopilar información que pueda asesorar sobre los sistemas, dispositivos y biomateriales de soporte vital que podrían usarse en emergencias médicas y reparación de tejidos después de daños en misiones en el espacio profundo”.
Un peligro pronunciado al que se enfrentan los humanos en los vuelos espaciales de larga duración es la reducción de la gravedad. No hay una solución simple para eso. Si bien una barrera de algún tipo puede proteger a los astronautas de la radiación, la gravedad reducida es una amenaza más persistente. Y la gravedad reducida causa problemas al cuerpo humano.
En su artículo, los investigadores señalan la amenaza específica que plantea la gravedad reducida. Partes específicas del cuerpo han evolucionado para soportar nuestro peso, y en menor gravedad, hay menos fuerza mecánica sobre ellas. Estas partes incluyen las caderas, la cabeza femoral y las vértebras lumbares. A medida que pasa el tiempo, la gravedad más baja crea una pérdida de minerales óseos como el calcio y el fosfato en estas regiones.
Esto conduce a la fragilidad de los huesos, un problema para los astronautas con importantes misiones que cumplir. La fragilidad de los huesos no solo podría crear problemas cuando llegue el momento de establecer una base en Marte al llegar, sino que también podría dificultar la entrada y el aterrizaje del cuerpo. No solo eso, sino que algunas investigaciones muestran que la exposición prolongada a la radiación durante los vuelos espaciales también puede contribuir a la debilidad ósea. Y los minerales óseos perdidos no desaparecen simplemente. Pueden terminar en el riñón y causar cálculos renales, lo que requiere una intervención médica.
La pérdida de densidad ósea y los peligros resultantes son solo uno de los peligros que enfrentan los astronautas, y Bio-SPHERE tiene como objetivo lidiar con las consecuencias y hacer que los astronautas vuelvan a trabajar.
El profesor Iorachescu destacó la necesidad de reparación de tejidos y otros tratamientos para emergencias médicas en viajes espaciales. En su artículo, ella y sus colegas escriben: «Esto es particularmente importante para contextos clínicos como la ruptura y dislocación de tejidos, fracturas óseas, quemaduras en la piel, abrasiones o laceraciones, desgarros de tendones/ligamentos y pérdida de sangre». Si bien los astronautas de los EE. UU. no han sufrido ningún trauma importante, ha habido cientos de lesiones musculoesqueléticas, la mayoría en las manos.
Pero las lesiones más graves son inevitables y la posibilidad nunca se puede eliminar. En este caso, las tecnologías regenerativas serán una pieza importante. Ya se han realizado algunas investigaciones sobre estas tecnologías a bordo de la ISS. Éstas incluyen Células madre, esferoidesórganos en chips y biofabricación o bioimpresión.
Para que una misión a Marte tenga éxito, estas tecnologías necesitan un mayor desarrollo, y eso es lo que está en el corazón del primer laboratorio Bio-SPHERE.
Otro factor, además de las largas duraciones en el espacio, impulsa estas tecnologías: la comunicación.
La asistencia médica en tiempo real de especialistas en la Tierra es posible para los astronautas en la Luna. El retraso en la comunicación entre la Tierra y la Luna es de solo unos segundos. La experiencia está a solo un chat de video rápido, y algunos materiales necesarios pueden estar tan lejos como la órbita lunar.
Pero los astronautas marcianos están aislados. La distancia entre la Tierra y Marte varía de 54,6 millones de kilómetros a aproximadamente 200 millones de kilómetros (34 millones a 124 millones de millas). La latencia de comunicación varía de aproximadamente 5 minutos a 20 minutos. Eso haría muy difícil comunicarse con los especialistas médicos en una emergencia.
“Por lo tanto”, escriben los autores, “se requiere un cambio operativo hacia actividades médicas autónomas, un desafío que requiere consideraciones cuidadosas para garantizar una infraestructura médica adecuada en estos sitios”.
En una tripulación de astronautas, habrá poca redundancia. La pérdida de un miembro de la tripulación a causa de una lesión perjudica todo el misión. Esto destaca la necesidad de una recuperación rápida, algo que los diseñadores de Bio-SPHERE están teniendo en cuenta. “La necesidad de una rápida recuperación de la función significa que alguna forma de reemplazo/análogo de tejido tendría que desarrollarse en el sitio en un tiempo útil, implantarse o aplicarse al sitio lesionado poco después, o incubarse (en el caso de implantes biológicos) ,» escriben.
El objetivo general de esta investigación es averiguar más claramente cómo se verá un hábitat. Además de satisfacer las necesidades de la vida y hacer frente a peligros como los desechos del impacto de meteoritos, la radiación superficial y el polvo peligroso, el hábitat debe estar preparado para hacer frente a emergencias médicas, así como a problemas menores que reducen la carga de trabajo de un miembro de la tripulación.
Los investigadores visualizan un hábitat de seis módulos que podría emplearse en la Luna o en Marte para manejar la cirugía y la reparación de tejidos. Los módulos son Recuperación, Cirugía/Telemedicina, Banco de células, Bioprocesamiento de materiales e Ingeniería de tejidos. El sexto módulo proporciona acceso, incluida una esclusa de aire y una cámara de esterilización. Podría estar situado bajo tierra en una cueva, ya que tanto Marte como la Luna tienen tubos de lava y cuevas, o en la superficie.
Pero estamos muy lejos de construir un hábitat como el que imaginan los investigadores, y es por eso que el laboratorio BioSPHERE en la mina Boulby es tan importante. Junto con el laboratorio subterráneo de Boulby, Iordachescu y sus colegas pueden comenzar a trabajar en algunas de estas tecnologías y recopilar datos que pueden ayudar a prepararlas para su uso.
“Este tipo de métricas pueden guiar el diseño del sistema y ayudar a evaluar las necesidades científicas y los plazos aceptables en las operaciones de bioingeniería bajo las limitaciones de entornos aislados, como los hábitats espaciales”, dijo Iordachescu. “Es probable que los datos también aporten numerosos beneficios para las aplicaciones basadas en la Tierra, como la realización de intervenciones biomédicas en áreas remotas o en entornos peligrosos y, en términos más generales, la comprensión de los flujos de trabajo biomédicos en estos entornos no ideales”.
En el corto plazo, las tecnologías médicas tradicionales, como los métodos de reconstrucción de tejidos, probablemente se utilizarán en Artemis y otros proyectos. Pero con investigaciones como esta cada vez más enfocadas, las cosas cambiarán.
«Con un mayor desarrollo de la ingeniería de tejidos y las tecnologías de biofabricación 3D en los años siguientes, se podrían generar tejidos personalizados más complejos y, en última instancia, estructuras similares a órganos en un entorno aislado», escriben los autores. “Durante los próximos años, será esencial generar más predicciones sobre estos asuntos, que en última instancia dictarán el diseño de estos asentamientos espaciales y la tecnología requerida para respaldarlos”, concluyen Iordachescu y sus colegas.
El Dr. Profesor Sean Paling, Director y Científico Principal del Laboratorio Subterráneo de Boulby, donde Iordachescu y su equipo construirán el laboratorio, está entusiasmado con el proyecto.
“Estamos muy contentos de trabajar con el Dr. Iordachescu y el equipo de la Universidad de Birmingham en este emocionante trabajo”, dijo Paling. “Los desafíos por delante para la humanidad en la exploración de hábitats más allá de la Tierra son claramente muchos y significativos. El proyecto Bio-SPHERE promete ayudar a responder algunas preguntas logísticas clave para establecer condiciones de vida sostenibles en entornos subterráneos remotos y, al hacerlo, contribuirá significativamente a los preparativos esenciales para nuestro largo, difícil y emocionante viaje colectivo por delante. También es un gran ejemplo de la diversa gama de estudios científicos que se pueden llevar a cabo en una instalación científica subterránea profunda, y estamos muy contentos de albergarlo”.
