Завдяки новим дослідженням інженерів із Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, астронавти під час тривалих космічних місій зможуть використовувати рослини для виробництва свіжих партій ліків. Команда розробила простий метод вирощування та багаторазового збору лікарських речовин із рослин в умовах, що імітують космічні, без пошкодження рослин та утворення великих обсягів відходів. Цей метод також може сприяти налагодженню недорогого виробництва лікарських засобів у регіонах Землі з обмеженими ресурсами.
Рослини — джерело ліків у космічних подорожах
Однією з найбільших проблем космічних подорожей є забезпечення астронавтів безпечними та ефективними ліками. Багато ліків у космосі псуються швидше. Навіть на борту Міжнародної космічної станції було виявлено, що термін придатності понад половини запасів ліків закінчується протягом трьох років. Цього ледь вистачить на подорож до Марса, яка може тривати як мінінмум близько 200 днів в один бік. Регулярне поповнення запасів ліків просто неможливе за мільйони кілометрів від Землі. Рослини є перспективним рішенням, оскільки можуть виконувати роль мініфабрик із виробництва лікарських препаратів.
«За допомогою рослин можна вирощувати складні терапевтичні сполуки, використовуючи світло, воду та ґрунт», — зазначила старша авторка дослідження Ніколь Штайнметц, професорка Інженерної школи імені Джейкобса Каліфорнійського університету в Сан-Дієго.
Це велика перевага над сучасними системами виробництва лікарських препаратів, які потребують гігантських резервуарів та стерильних умов. Крім того, рослини вже вирощують у космосі, й вони можуть допомогти у переробленні повітря та води на борту космічних кораблів.
Протираковий лікарський засіб на основі рослин
Штайнметц та її колеги продемонстрували цю ідею, використовуючи експериментальний терапевтичний препарат, який вони вивчають вже понад десять років: рослинний вірус, відомий як вірус мозаїки коров’ячого гороху (CPMV). Хоча CPMV більш відомий тим, що вражає бобові культури, команда Штайнметц знає його за здатність стимулювати імунну систему до атаки ракових клітин. CPMV продемонстрував сильну протипухлинну дію в доклінічних моделях на мишах та в клінічних дослідженнях на собаках, хворих на рак.
Для отримання CPMV команда Штайнметц використовує рослини Nicotiana benthamiana та чорноокої квасолі. «Вирощувати цю сполуку на цих рослинах просто, — зазначив перший автор дослідження Патрік Опденстейнен, аспірант у лабораторії Штайнметц. — Вони здатні виробляти величезну кількість біомаси за короткий час, а більше біомаси означає більше продукту. Головна складність зараз полягає в тому, щоб з’ясувати, як вилучити продукт із рослин».
Вилучення CPMV та інших фармацевтичних продуктів із рослин зазвичай передбачає зривання листя та подрібнення його у блендері. Нове дослідження було присвячене спрощенню цього етапу.
Команда надихнулася підходом, який використовується з клітинами бактерій та ссавців у фармацевтичному виробництві: секрецією продукту. Рослини виділяють речовини в компартмент усередині листя, який називається апопластом — це мережа взаємопов’язаних просторів за межами плазматичної мембрани.
Технологія вилучення ліків із рослин
Дослідники виявили, що можуть вилучити вірус CPMV з апопласту, не пошкоджуючи листя. Спочатку листя занурюють у буферний розчин і поміщають у герметичний посуд. Створюють вакуум, що заповнює апопласт рідиною. Далі насичене розчином листя переносять у пробірки та обережно центрифугують, щоб витягнути рідину, яка містить частинки CPMV. Отриману речовину очищують через фільтр, який відокремлює більші частинки CPMV від дрібнішого небажаного рослинного матеріалу.
Цей метод легко масштабувати. Дослідники змогли зібрати та очистити частинки CPMV з понад 50 рослин менш ніж за дві години. Оскільки при цьому листя залишається неушкодженим, рослини можуть і надалі рости, а в перспективі — використовуватися для повторного збору. Команда планує адаптувати цей процес до цілих живих рослин, а не лише до листя.
Випробування виробництва ліків у космічних умовах
Команда також випробувала цей метод на рослинах, вирощених у модельованих космічних умовах. Щоб імітувати мікрогравітацію, лабораторія Штайнметц співпрацювала з лабораторією Мазіара Газінеджада, професора кафедри механічної та аерокосмічної інженерії Інженерної школи імені Джейкобса Каліфорнійського університету, з метою створення спеціальної машини для хаотичного позиціонування, яка безперервно обертає рослини, ефективно нівелюючи вплив гравітації. Лабораторія Газінеджада зазвичай використовує ці машини для вивчення поведінки матеріалів у космосі. Штайнметц і Газінеджад побачили можливість адаптувати цей підхід для досліджень рослин.
Рослини також піддавали впливу коливань температури та окислювального стресу, щоб імітувати дію космічного випромінювання. У деяких випадках ці стресові фактори дещо підвищили врожайність CPMV. Дослідники висувають гіпотезу, що цей ефект може бути пов’язаний із природою CPMV як рослинного вірусу.
«Рослини стають більш сприйнятливими до хвороб під час стресу, що зазвичай є недоліком, — сказав Опденстейнен. — Але оскільки наш продукт походить від рослинного вірусу, ми можемо використовувати цю реакцію на стрес для підвищення врожайності».
Кінцевою метою команди є випробування їхнього методу в реальних космічних місіях. Перш ніж це станеться, необхідно виконати чимало роботи. Науковці продовжать вивчати, як космічні умови впливають на процеси в рослинах, такі як поглинання води та поживних речовин. А також вони співпрацюватимуть з Лабораторією ракетного двигунобудування Каліфорнійського університету, щоб перевірити, як запуски ракет впливають на насіння рослин та генетичний матеріал, що використовується в цьому процесі.
За матеріалами phys.org
