Obiettivo della ricerca
Obiettivo della ricerca è lo studio dei meccanismi di adattamento sensori-motorio alla condizione prolungata di assenza di gravità, in astronauti impegnati in missioni spaziali sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). In particolare ci si propone di indagare le nuove strategie e i nuovi criteri di pianificazione ed esecuzione del movimento indotti dall’ambiente microgravitazionale, tramite due protocolli di movimento sperimentali: MOVE SB (MOVE Short and Blind), movimenti di raggiungimento di un target, e SHRINK (Space Height Reference In Non-gravitational Kinetics), movimenti di lancio e recupero di una palla virtuale.
Descrizione dell’esperimento
Per ogni sessione sperimentale (pre-flight, in-flight e post-flight), il protocollo MOVE prevede movimenti whole-body (controllo posturale e componente focale) secondo un paradigma 2 per 2 fattoriale: con o senza feedback visivo, e con o senza scambi di forza con il target (48 ripetizioni in totale). Il protocollo SHRINK prevede movimenti di lancio orizzontale di una palla virtuale, imprimendo diversi livelli di forza, e immaginando sia di agire in un ambiente 0g che normo-gravitario (48 ripetizioni in totale).
Possibili ricadute
SLINK intende esplorare i meccanismi senso-motori che si manifestano nel processo di adattamento di lungo termine degli astronauti all’ambiente microgravitazionale. In termini di applicazioni spaziali, tale studio può essere cruciale nell’identificazione di adeguate contromisure per missioni spaziali di lunga durata, per aiutare a prevenire o a ridurre il decondizionamento del Sistema muscolo scheletrico. Per quanto attiene alle possibili ricadute a terra, una più approfondita conoscenza dei meccanismi di apprendimento in differenti condizioni di gravità e con diverse ri-afferenze sensoriali disponibili costituisce un punto chiave per interpretare comportamenti neuro-patologici e capire come la mente umana modellizzi le caratteristiche ambientali nella programmazione delle strategie motorie.
Bone/Muscle check
Obiettivo della ricerca
Contesto - in microgravità è noto che il corpo umano è soggetto a significative perdite di massa ossea e muscolare.
Obiettivo scientifico
Investigare sull’uso della saliva per il monitoraggio di marcatori indicativi delle condizioni del metabolismo osseo e muscolare degli astronauti.
Descrizione dell’esperimento
L’esperimento prevede la raccolta e il congelamento ad intervalli temporali prefissati di campioni di urina e saliva a bordo della ISS. Questi campioni saranno poi analizzati nei laboratori dell’Università e correlati con altri campioni prelevati agli stessi soggetti durante test svolti prima e dopo il volo. A bordo della ISS verrà usato materiale messo a disposizione dall’Human Research Program della NASA.
Ricadute dell’esperimento
Sulle conoscenze scientifiche La possibilità di avere più campioni di saliva anche tutti i giorni aumenta le possibilità di ottenere più informazioni sulla sequenza temporale delle alterazioni indotte dall’assenza di gravità e, quindi, aiuta la progettazione di contromisure.
Sulle attività mediche: sulla TerraL’eventuale dimostrazione della affidabilità di analisi di laboratorio su saliva potrebbe essere utile in tutti quei casi in cui i prelievi di sangue sono difficili o impossibili (età pediatrica, necessità di ripetizione dell’analisi più volte al giorno per più giorni consecutivi, ecc.).
Sulle attività industriali:le aziende del campo delle apparecchiature biomediche potrebbero vedere una nuova via di crescita nello sviluppo di analisi automatizzate su saliva.
Cell Shape and Expression (Cytospace)
Obiettivo della ricerca
Il progetto si propone di definire il modello teorico-sperimentale in grado di determinare l’influenza del fattore fisico microgravità sull’espressione genica, influenza che si esercita attraverso la modificazione della forma cellulare. Il modello microgravitazionale costituisce una opportunità unica per capire quanto pesino le forze fisiche nel determinare i destini dei sistemi biologici complessi. Queste forze, infatti, interferiscono e modificano il citoscheletro cellulare, determinando stravolgimenti di forma e una lunga cascata di reazioni biochimiche che interessano pressoché tutte le principali funzioni cellulari.
Descrizione dell’esperimento
L’esperimento prevede l’esecuzione di un protocollo scientifico mirato a valutare se le modifiche citoscheletriche indotte dalla microgravità si traducono in cambiamenti della forma e conseguentemente dell’espressione genica, cioè se un’ampia alterazione del profilo di espressione genica può essere considerata come una conseguenza di un riarrangiamento strutturale globale delle cellule esposte alla microgravità. Cellule campione saranno coltivate a bordo della ISS e campioni di riferimento saranno coltivati a terra. A bordo della ISS l’esperimento verrà eseguito impiegando una “Experiment Unit” ovvero un sistema capace di svolgere in modo automatizzato il protocollo scientifico. Le colture cellulari verranno alimentate attraverso l’iniezione di un idoneo terreno di coltura capace di conferire i nutrienti necessari alle cellule ed i chemicals previsti dal protocollo. Alla fine dell’esperimento i campioni verranno fissati e riportati a terra per consentirne l’analisi.
Ricadute
E’ verosimile come il progresso nelle conoscenze di base si possa tradurre in un parallelo progresso nella terapia di numerose affezioni in cui il citoscheletro e la forma cellulare sono coinvolti, dalle patologie del connettivo, all’osteoporosi, al cancro.
Drain Brain
Obiettivo dell’esperimento
Nell’essere umano, la circolazione cerebrale è uno dei principali regolatori della fisiologia del cervello. Poiché sulla terra il gradiente gravitazionale è uno dei meccanismi principali per riportare il sangue dal cervello al cuore, il progetto ha la duplice finalità di migliorare le scarse conoscenze sulla fisiologia umana del ritorno venoso cerebrale in condizioni di microgravità e di realizzare un nuovo strumento diagnostico che possa essere utilizzato da pazienti affetti da malattie neurodegenerative. Di recente infatti il gruppo del Prof. Zamboni ha identificato delle patologie delle vene cerebrali extracraniche (CCSVI) con possibili meccanismi che influenzano l’insorgere e la prognosi di alcune malattie neurodegenerative. L’esperimento sulla ISS ha come obiettivo l’utilizzo di un nuovo apparecchio pletismografico, portatile e non invasivo, per studiare il ritorno venoso cerebrale in condizioni di microgravità, contribuire alla comprensione dei fenomeni di adattamento fisiologico e identificare possibili variazioni cronobiologiche del flusso sanguigno.
Descrizione del dispositivo
Il dispositivo consiste in un’unità elettronica portatile (PEU), un estensimetro disponibile in diverse lunghezze per adattarsi alle dimensioni di collo, gambe e braccia, e un’unità di memoria. L’astronauta effettuerà il test pletismografico in diverse condizioni respiratorie. I dati raccolti durante la sessione di misura verranno memorizzati nell’unità di memoria e attraverso questa trasferiti ad un laptop di bordo per la trasmissione a terra. L’acquisizione dei dati sarà effettuata dall’unità elettronica portatile che è alimentata a batteria.
Ricadute a terra
Il pletismografo realizzato nell’ambito del progetto potrebbe diventare uno strumento diagnostico ideale delle patologie del tipo CCSVI.
Un prototipo di collare pletismografico è stato sviluppato e consente già misure riproducibili. Risultati clinici preliminari suggeriscono che il pletismografo cervicale ha un alto potenziale di utilizzo sia come strumento diagnostico che come strumento di monitoraggio post-operatorio non invasivo.
Orthostatic Tolerance
Obiettivo dell’esperimento
L’obiettivo dell’esperimento è acquisire informazioni utili allo sviluppo di contromisure basate sull’esercizio fisico al fine di prevenire problemi di salute dopo i voli spaziali quali l’intolleranza ortostatica (orthostatic intolerance), che rappresenta uno dei principali e più frequenti sintomi che gli astronauti presentano dopo voli spaziale, specialmente se di lunga durata. A tal fine, l’ esperimento prevede l’esecuzione da parte dell’astronauta durante la sua permanenza sulla ISS, di un programma di allenamento personalizzato, determinato in base ad una nuova metodologia di allenamento definita TRIMPi (individualized TRaining IMPulse) sviluppata dal gruppo proponente, che si basa sul carico di lavoro interno che il singolo individuo sperimenta durante l’attività fisica piuttosto che sulla spesa energetica indotta dall’attività fisica.
Descrizione del dispositivo
L’esperimento non richiede lo sviluppo di alcun dispositivo ma solo l’utilizzo di attrezzature già presenti a bordo della ISS. Prima del volo e nei primissimi giorni dopo il rientro a terra sarà effettuato un test di tolleranza ortostatica (passaggio dalla posizione supina alla posizione eretta) con contemporaneo monitoraggio della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa al fine di definire le alterazioni del controllo nervoso del sistema cardiocircolatorio eventualmente coinvolte nella comparsa dei sintomi e gli effetti indotti su di essi da parte della nuova metodologia di allenamento.
Risultati attesi
I dati ottenuti dal questo studio potrebbero fornire una base per la progettazione efficace di programmi di addestramento all'esercizio fisico che possono effettuare gli astronauti in future missioni di lunga durata sull'ISS, in cui protocolli di contromisure di attività fisica sono fortemente consigliate dall'Agenzia Spaziale Europea e dalla NASA.
Ricadute a terra
Lo sviluppo di contromisure specifiche per accelerare la riabilitazione di equipaggi in missioni di esplorazione potrebbe trovare delle applicazioni cliniche nel prevenire disturbi legati all'inattività, o per il recupero e la riabilitazione di soggetti con patologie dell’apparato locomotorio. Queste contromisure saranno benefiche per prevenire disfunzioni autonomiche legate allo stress gravitazionale come quelle riscontrate nei soggetti allettati e con scompenso cardiaco come ipotensione ortostatica, l'atrofia dei muscoli, ecc. Questo punto è particolarmente importante nella nostra società che sta invecchiando con molte persone anziane costrette a letto. La conoscenza accumulata dagli studi sulle funzioni neurali autonomiche nello spazio dovrebbe essere di grande utilità per stabilire contromisure e metodi preventivi efficaci per diverse categorie di pazienti caratterizzati da segni e sintomi di disfunzioni autonomiche.
POP 3D
Obiettivi della ricerca
POP3D è un dimostratore per un processo di produzione automatizzato adatto per la realizzazione di oggetti (3D) in polimero termoplastico in assenza di gravità a bordo della Stazione Spaziale (ISS). L'esperimento consiste in una sessione automatizzata per la produzione di un piccolo oggetto di plastica. L'intero dimostratore o l'oggetto fabbricato vengono restituiti a terra per l'analisi. Gli investigatori con questo esperimento cercano di capire meglio l'influenza dell'ambiente microgravità sul processo di produzione automatizzato e di raccogliere dati e competenze come primo passo verso un futuro impianto di produzione digitale e automatizzata a bordo della ISS e di altri veicoli spaziali con equipaggio o colonie planetarie.
Descrizione del dimostratore
Il dimostratore richiede un singolo elemento che consiste in una unità autonoma per la fabbricazione 3D. Questa unità avrà un volume cubico di 250 mm di lato, una massa totale di circa 5 kg e sarà ermeticamente sigillata. L’unità sarà dotata anche di una finestra utilizzata per visualizzare e filmare il processo di produzione/fabbricazione dell’oggetto.L'unità di fabbricazione 3D sarà alimentata da risorse della ISS.
Operazioni
Durante l’esecuzione dell’esperimento (stampa 3D) sarà impiegata una videocamera con down-link dal vivo per filmare il processo di formazione visibile attraverso la finestra trasparente consentendo in questo modo il monitoraggio visivo da terra.
Possibili ritorni
L'esperimento intende incrementare il TRL (Technology Readiness Level) del processo di "deposizione additiva con estrusione di filamento polimerico" dal valore 6 conferitogli dal successo di limitate campagne di volo parabolico in un ambiente parzialmente rappresentativo delle condizioni di utilizzo, a valore 7 derivante da una dimostrazione prolungata nell'ambiente reale di utilizzo spaziale. Le ricadute attese sono soprattutto in termini di utilizzo spaziale di una simile tecnologia, orientate verso l’autoproduzione di tool e quant’altro necessario in missioni di lunga durata. Ciò consentirebbe una importante ottimizzazione in termini di riduzione di masse e volumi di oggetti imbarcati su veicoli spaziali, che potrebbero dunque esser prodotti direttamente in orbita secondo necessità.Un risultato positivo di un esperimento di tale potenzialità tecnologica e ricaduta Spaziale, eseguito per la prima volta a bordo di ISS, promosso e gestito in orbita da un astronauta italiano, sviluppato e realizzato in Italia da un team italiano, finanziato e supportato dall'Agenzia Spaziale Italiana, costituirebbe un primato italiano di estrema visibilità mediatica, e un forte impulso per l'industria spaziale nazionale verso l'investimento in una facility di fabbricazione additiva permanente da collocare a bordo della Stazione.
Nanoparticles and Osteoporosis (NATO)
Obiettivo della ricerca
L'obiettivo del presente studio è la dimostrazione dell’efficacia dell’utilizzo di nanoparticelle di idrossiapatite in quanto tali (nHAP) o di idrossiapatite arricchite in stronzio (nHAP-Sr) su cellule staminali mesenchimali adulte umane, isolate da midollo osseo (BM-MSC), e su precursori di osteoclasti umani (OP), isolati da sangue periferico, per valutarne il possibile impiego quale contromisura all’osteoporosi indotta da microgravità durante il volo spaziale. L'osteoporosi è una malattia scheletrica multifattoriale che può essere correlata a diversi fattori di rischio e rappresenta quindi un ostacolo per il coinvolgimento degli astronauti in missioni di lungo termine. La comprensione della patologia e dei meccanismi biochimici e biomolecolari sottostanti è notevolmente importante per lo sviluppo di nuove strategie sui protocolli terapeutici o farmacologi per la prevenzione e lo sviluppo di contromisure efficaci.
Descrizione dell’esperimento
L’esperimento prevede l’esecuzione di un protocollo scientifico mirato a consentire il trattamento di colture cellulari di BM-MSC o di OP, le cellule coinvolte nel metabolismo del rimodellamento del tessuto osseo, in assenza (condizione di controllo) o presenza di dosi opportune di nHAP o nHAP-Sr. A bordo della ISS l’esperimento verrà eseguito impiegando una “Experiment Unit” (fornito da Kayser Italia) ovvero un sistema capace di svolgere in modo automatizzato il protocollo scientifico. Le colture cellulari verranno alimentate attraverso l’iniezione di un idoneo terreno di coltura capace di conferire i nutrienti necessari alle cellule e di nanoparticelle. Alla fine dell’esperimento i campioni di volo saranno fissati e congelati per consentire l’analisi post flight di RNA-Seq a terra. L’RNA-Seq è una tecnica di sequenziamento ad alta processività che consente di esplorare l’intero trascrittoma di un sistema biologico in modo quantitativo ed altamente specifico. I dati di RNAseq congiuntamente alle nanotecnologie supporteranno la progettazione di contromisure idonee per combattere i danni indotti da microgravità all’apparato osseo.
Ricadute
Le ricadute sono di tipo : i) scientifico-tecnologico, per la riduzione delle problematiche inerenti la riduzione di massa minerale ossea indotta dalla permanenza sulle stazioni spaziali o per invecchiamento sulla terra; ii) sociale, per la riduzione dei costi sociali e miglioramento della qualità della vita di coloro che lavoreranno nello spazio ma anche e soprattutto per coloro che invecchiano; iii) economico, per il trasferimento tecnologico alle industrie di settore con aumento della competitività a livello industriale.
Wearable monitoring
Obiettivo dell’esperimento
Contesto : in microgravità la qualità del sonno è ridotta e questo può portare ad una diminuzione dell’attenzione e della vigilanza durante la veglia. Tuttavia precedenti studi indicano che la struttura del sonno e dell’elettroencefalogramma sono normali.
Ipotesi
la ridotta qualità del sonno può dipendere da micro-risvegli autonomici sottocorticali. Possibili determinanti: una attività anomala del sistema nervoso autonomo indotta da modificazioni nella meccanica cardiaca conseguenti alla microgravità.
Obiettivo scientifico
Approfondire la conoscenza sui meccanismi fisiologici del sonno in microgravità.
Obiettivo tecnologico
Validare un dispositivo (maglietta sensorizzata) per la rilevazione di segnali biologici (elettrocardiogramma, respiro, temperatura, indici di meccanica cardiaca) durante il sonno in microgravità.
Descrizione del dispositivo
Il sistema e' composto da una Maglietta Sensorizzata contenente sensori tessili per la rilevazione dell'elettrocardiogramma e del respiro, una Unità Elettronica Portatile (PEU) per la raccolta dei dati e la misura delle vibrazioni cardiache (da cui estrarre gli indici di meccanica cardiaca), un termometro esterno per la misura della temperatura cutanea e una Unità Batterie (BU) per l'alimentazione del dispositivo.
L'astronauta indossa la maglietta sensorizzata prima di dormire, collega la PEU e l'unita' batterie, e attiva il monitoraggio. Il sistema registra i parametri biologici dell’astronauta durante tutto il periodo di sonno. Al risveglio i dati memorizzati nella PEU vengono trasferiti ad un laptop di bordo per la trasmissione a terra dove vengono effettuate le analisi.
Ricaduta a terra dell'esperimento
Nel mondo occidentale circa una persona su quattro soffre di disturbi del sonno, non sempre ben compresi. Gli aspetti conoscitivi di questo progetto possono contribuire alla comprensione dei meccanismi fisiopatologici che caratterizzano il sonno a terra.
Inoltre, il dispositivo di monitoraggio sviluppato per questo progetto e' caratterizzato da una estrema facilità d'uso e potrebbe quindi essere facilmente utilizzato a terra per la diagnosi remota dei disturbi del sonno direttamente dal domicilio del paziente, nell'ambito di servizi di telemedicina.
ISSpresso
Obiettivi della ricerca
ISSpresso è una macchina a capsule multifunzione in grado di servire bevande calde, tra le quali anche il tipico “caffè espresso italiano”, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). L’esperimento consiste in una serie di cicli di erogazione di caffè, espresso o americano, e in un flush di pulizia finale del sistema. Inoltre, grazie a questa macchina è anche possibile preparare tè, tisane e vari tipi di brodo, consentendo la reidratazione degli alimenti. ISSpresso è stato progettato per servire numerose bevande calde e per rimanere a lungo operativo a bordo della Stazione, una volta approvato come sistema di bordo. L’obiettivo principale è quello di dimostrare la corretta funzionalità di un sistema a capsule in assenza di peso, offrendo allo stesso tempo la possibilità di migliorare il benessere dell’equipaggio. Si tratta di un importante supporto psicologico per gli astronauti, che così possono sentirsi meno “lontani” da casa, avvicinarsi alle abitudini terrestri e affrontare al meglio la loro missione. Gli obiettivi scientifici previsti si focalizzano principalmente sul miglioramento della conoscenza del comportamento dei fluidi e delle miscele in condizioni di microgravità, raccogliendo anche le opportune evidenze sperimentali sulla formazione della schiuma generata durante la preparazione del caffè. In generale, ISSpresso è in grado di arricchire l’apporto nutrizionale degli astronauti che operano a bordo della ISS.
Descrizione dell'esperimento
La prima macchina a capsule in grado di lavorare in assenza di peso è caratterizzata da un corpo strutturale principale costituito da un compartimento per l’inserimento dei drink-pouch, i sacchetti conformi agli standard NASA, protetto da uno sportello trasparente che impedisce l’accesso durante l’erogazione, un pannello di controllo e un sistema di inserimento delle capsule commerciali. Il sistema ha un volume totale pari a 64 dm3 con una massa complessiva di circa 20 Kg.
ISSpresso prevede una connessione elettrica con la Stazione. L'approvviggionamento di acqua potabile viene invece garantito dal Potable Water Dispenser (PWD) installato nello US Lab.
Operazioni a bordo
Per preparare la bevanda, l’astronauta deve riempire il water-pouch con l'acqua potabile prelevata dal PWD per poi connetterlo a ISSpresso. Successivamente si deve attivare l’esperimento tramite lo switch di potenza, posizionare il drink-pouch per la raccolta del prodotto erogato e inserire la capsula. Ogni membro dell’equipaggio può selezionare la tipologia di bevanda desiderata e premere il bottone di “Brew” per iniziare il processo di infusione. Dopo aver disconnesso il drink-pouch, è possibile gustare il preparato. Durante le prime fasi di utilizzo, l’intero processo di infusione viene documentato per futuri studi sulla fluidodinamica e sulla formazione delle schiume.
Possibili ricadute
ISSpresso è un prodotto interamente italiano, realizzato da un team di giovani ingegneri con il supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana. Il sistema multifunzione è compatibile con il food-system della Stazione, incluso il Potable Water Dispenser, pertanto fornisce anche la possibilità di reidratare il cibo della ISS con brodi o altri consommé, incrementando l’apporto nutrizionale per ogni astronauta. Di fatto, la macchina è una diretta conseguenza ed evoluzione della lunga ricerca di Argotec nel campo del cibo spaziale. Il raggiungimento degli obiettivi può portare a nuove importanti conoscenze sulla fluidodinamica e sul comportamento delle schiume nello spazio. I numerosi benefici, tecnici e di supporto psicologico per gli astronauti, sono facilmente applicabili a future missioni di lunga durata. Inoltre, lo studio ha già prodotto alcune innovazioni e brevetti industriali per immediate applicazioni terrestri.
Kitsune
tratto da: asi
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