LOCAD

El programa de Desarrollo de Aplicaciones de Laboratorio en un Chip ( LOCAD ) engloba varios proyectos relacionados con laboratorios en chips en la NASA . Estos proyectos desarrollan productos integrados de laboratorio en chips en tres áreas relacionadas con la exploración espacial : Control Ambiental y Soporte de Sistemas Vitales (ECLSS), Sistemas Médicos y Exploración Remota. La NASA lleva a cabo actividades relacionadas con estos proyectos tanto en el Centro de Vuelos Espaciales Marshall como a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS).

El Sistema Portátil de Pruebas para Desarrollo de Aplicaciones de Laboratorio en un Chip ( LOCAD-PTS ) es un dispositivo portátil para el monitoreo microbiano a bordo de la ISS. ^{[ 1 ]} Evolucionó a partir del Sistema Portátil de Pruebas Endosafe (Endosafe-PTS), desarrollado por Charles River Laboratories para su uso en las industrias farmacéutica y de atención médica. ^{[ 2 ]} En 2004-2005, Charles River Laboratories se asoció con la Institución Carnegie para la Ciencia y el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA , incluyendo a BAE Systems y Jacobs Technology, para modificar el dispositivo Endosafe-PTS (y un sistema de manejo de muestras) para vuelos espaciales. El proyecto LOCAD-PTS ha sido financiado en gran parte por la Dirección de Misiones de Sistemas de Exploración (ESMD) de la NASA, bajo el Programa de Desarrollo de Tecnología de Exploración (ETDP), y específicamente bajo el paraguas del Monitoreo y Control Ambiental Avanzado (AEMC). ^{[ 3 ]}

El dispositivo (o lector) pesa 2,2 libras y es un espectrofotómetro , calentador y bomba combinados, que funciona con múltiples cartuchos intercambiables para la detección de diferentes moléculas microbianas. Hay tres cartuchos LOCAD-PTS diferentes a bordo de la ISS, para la detección de tres moléculas microbianas diferentes: endotoxina , glucano y ácido lipoteicoico. Estas tres moléculas se encuentran principalmente en bacterias gramnegativas , hongos y bacterias grampositivas , respectivamente. La endotoxina y el glucano se detectan con la cascada enzimática del lisado de amebocitos de Limulus (LAL) , derivado del cangrejo herradura Limulus polyphemus . El ácido lipoteicoico se detecta con la cascada enzimática de la profenol oxidasa (PPO), derivada del cangrejo Jonah , Cancer borealis . Mediante la amplificación de una señal pequeña, estas cascadas enzimáticas permiten la detección de cantidades muy bajas de material microbiano inicial. Un astronauta puede tomar una muestra con un hisopo de la superficie de la cabina, disolverla en agua libre de endotoxinas y analizarla cuantitativamente con LOCAD-PTS en microgravedad, todo en menos de 15 minutos. Los métodos tradicionales basados ​​en cultivos a bordo de la ISS tardan varios días y a menudo requieren el regreso de las muestras a la Tierra para un análisis más exhaustivo por parte de científicos en tierra.

LOCAD-PTS fue lanzado a la ISS el 9 de diciembre de 2006, a bordo del transbordador espacial Discovery STS-116 . Después de un período de almacenamiento de cuatro meses a bordo de la ISS, el dispositivo fue utilizado por primera vez por el ingeniero de vuelo de la Expedición 14/15, Suni Williams , el 31 de marzo de 2007, para analizar superficies dentro de Unity . ^{[ 4 ]} Desde entonces, LOCAD-PTS ha sido utilizado extensamente por las tripulaciones de la Expedición 16 a la Expedición 18 para monitorear material microbiano en toda la ISS. El equipo de LOCAD ha brindado soporte a cada operación de LOCAD-PTS a bordo de la ISS desde consolas en el Centro de Operaciones e Integración de Carga Útil (POIC) de la NASA en el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA. LOCAD-PTS continuará siendo utilizado a bordo de la ISS hasta octubre de 2009 por los astronautas de la Expedición 20, Mike Barratt y Tim Kopra.

La primera fase de las operaciones de la ISS tuvo lugar entre marzo de 2007 y febrero de 2008 (Expediciones 14-16), cuando se utilizaron cartuchos LAL para detectar endotoxinas en las superficies dentro de la ISS. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Se encontró que la endotoxina estaba distribuida por toda la ISS, a pesar de las indicaciones previas de que la mayoría de las bacterias en las superficies de la ISS eran grampositivas. ^{[ 8 ]} Se detectó endotoxina en el 50% de todos los sitios de superficie y se encontró comúnmente en superficies dentro de áreas de ejercicio, higiene, descanso y comedor. Se encontró endotoxina en cada sitio de superficie donde se observaron Unidades Formadoras de Colonias (UFC) con métodos de portaobjetos de contacto basados ​​en cultivos. Los cartuchos LAL-Glucan, para la detección de Beta-1,3-glucano, fueron lanzados a la ISS a bordo del transbordador espacial STS-123 en marzo de 2008. Los resultados preliminares con estos cartuchos mostraron patrones similares a los observados para la endotoxina, pero se encontró glucano en niveles más altos y mucho más extendido en toda la ISS. ^{[ 9 ]} Los cartuchos Gram+, para la detección de ácido lipoteicoico, fueron lanzados a la ISS a bordo del STS-126 el 14 de noviembre de 2008. Se han realizado pruebas con estos cartuchos durante las Expediciones 18 a 20.

Pruebas de campo y expediciones científicas

Antes de su lanzamiento al espacio, LOCAD-PTS fue sometido a pruebas exhaustivas en microgravedad simulada mediante vuelo parabólico para verificar el funcionamiento nominal del instrumento y los procedimientos de manipulación de muestras. ^{[ 10 ] [ 11 ]} También se utilizó durante varios años en expediciones científicas para estudiar la vida microbiana en entornos extremos en la Tierra. Estos entornos extremos incluyeron Svalbard en el alto Ártico (80° de latitud norte) durante la Expedición al Ártico Análogo de Marte en Svalbard (AMASE), patrocinada por la NASA, ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} volcanes en Kamchatka , en el extremo oriente de Rusia, durante las Expediciones del Instituto de Astrobiología Ruso-NASA (NAI) en 2004 y 2006, ^{[ 16 ] [ 17 ]} el desierto de Arizona durante los Estudios de Investigación y Tecnología del Desierto (Desert RATS) de la NASA de 2005 y 2006, ^{[ 18 ] [ 12 ] [ 14 ]} y el hábitat submarino Aquarius en los Cayos de Florida durante la Expedición 5 de las Operaciones de Misión en Entornos Extremos de la NASA (NEEMO), bajo el mando de la astronauta Peggy Whitson , ^{[ 19 ] [ 20 ]} y el Monte Everest . ^{[ 21 ]}

LOCAD-PTS es una tecnología respaldada por el Programa de Monitoreo y Control Ambiental Avanzado (AEMC) de la NASA, que a su vez recibe apoyo del Programa de Desarrollo de Tecnología de Exploración (ETDP) de la Dirección de Misiones de Sistemas de Exploración (ESMD) de la NASA. Todas las tecnologías dentro del AEMC han sido revisadas por el Consejo Nacional de Investigación y LOCAD-PTS cuenta actualmente con más de dos años de experiencia operando en órbita. ^{[ 22 ]}

LOCAD-PTS Exploration es un experimento de la ISS financiado por el Programa de Actividades de Misiones Análogas a la Luna y Marte (MMAMA) de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA . ^{[ 23 ]} Es una colaboración entre BAE Systems, Charles River Laboratories (CRL), el Centro Espacial Johnson de la NASA (Oficina de Astronautas, División de Sistemas Térmicos y de Tripulación, y Rama de Sistemas de Supervivencia de la Tripulación y Actividad Extravehicular (EVA)), el Centro Espacial Kennedy de la NASA y el Centro de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA . El objetivo del experimento es diseñar y probar procedimientos para monitorear y documentar la propagación de material biológico asociado con los vuelos espaciales tripulados, tanto antes como después del lanzamiento, en preparación para la exploración humana de la Luna y Marte. El experimento LOCAD-PTS Exploration ha sido financiado por la Dirección de Misiones Científicas (SMD) de la NASA, bajo el Programa de Actividades de Misiones Análogas a la Luna y Marte (MMAMA), y es el primer experimento financiado por la SMD a bordo de la ISS.

La sección de la estructura S6 del lado de estribor de la ISS fue analizada con LOCAD-PTS en octubre de 2008 y diciembre de 2008, mientras se encontraba en la Instalación de Procesamiento de la Estación Espacial (SSPF) en el Centro Espacial Kennedy de la NASA , y nuevamente en el espacio después del lanzamiento del transbordador espacial Discovery STS-119 .

El armazón S6 fue sometido a un hisopado en el espacio el día 5 del vuelo, 19 de marzo de 2009, durante la primera caminata espacial de Steve Swanson (EV1) y Richard R. Arnold (EV2). Este hisopado se realizó indirectamente con los guantes del traje espacial. Los guantes mismos fueron hisopados dentro de la ISS tanto antes como después de la actividad extravehicular (EVA), con LOCAD-PTS, por el ingeniero de vuelo de la Expedición 18 , Sandy Magnus. Las muestras de hisopado fueron analizadas a bordo de la ISS por Magnus el día 7 del vuelo, 21 de marzo de 2009. Este experimento marcó la primera vez en vuelos espaciales tripulados que la tripulación de una EVA se examinó a sí misma en busca de microbios antes de la actividad, y fue mencionado por la tripulación de la misión STS-119 al presidente Obama durante una videoconferencia desde el espacio durante la misión STS-119. ^{[ 24 ]} Este tipo de procedimiento será necesario para monitorear y documentar la propagación de material biológico en apoyo del objetivo de la NASA de buscar vida en otros planetas ^{[ 25 ]} y para cumplir con las regulaciones de protección planetaria .

Entre el 5 y el 8 de agosto de 2009, se realizaron más pruebas de exploración LOCAD-PTS en el Módulo Logístico Multipropósito (MPLM) "Leonardo" del vuelo 17A en la Sala de Cambio de Carga Útil de la Plataforma 39A. El MPLM 17A también se probó después de su inserción en la bahía de carga útil del Transbordador Espacial Discovery STS-128 , cuyo lanzamiento estaba programado para el 25 de agosto de 2009. Además del propio MPLM, también se realizó un estudio microbiano de toda la Estructura de Servicio Rotatoria (RSS) y la Plataforma de Lanzamiento Móvil (MLP). Las superficies externas del MPLM 17A también se probarán después del aterrizaje del STS-128. Cada MPLM es un transportador de carga y regresa a la Tierra en la Bahía de Carga Útil del Transbordador Espacial .

• " Monitoreo de la contaminación planetaria ". Página de la Estación Espacial Internacional de la NASA (18 de diciembre de 2009).
• Página de LOCAD-PTS de la Estación Espacial Internacional (ISS).
• Página de exploración de LOCAD-PTS en la Estación Espacial Internacional (ISS). Archivada el 7 de abril de 2009 en Wayback Machine.
• " ¡Sin bromas! ¡El 'laboratorio en un chip' funciona! " Science@NASA (6 de abril de 2007).
• " Los astronautas de la ISS ponen a prueba el concepto de protección planetaria ". Science@NASA (20 de marzo de 2009).
• " Los astronautas limpian la cubierta ". Science@NASA (6 de febrero de 2009).
• Blogs de LOCAD-PTS de las expediciones Desert-RATS de 2006 y Arctic Mars Svalbard Analogue Expeditions (AMASE).
• Página principal de LOCAD.
• Programa Avanzado de Monitoreo y Control Ambiental (AEMC) de la NASA.