LOCAD - LOCAD

LOCAD-PTS Team Identifier

O elemento Lab-on-a-Chip Applications Development ( LOCAD ) é um conjunto de projetos lab-on-a-chip relacionados na NASA . Os projetos desenvolvem produtos integrados de laboratório em um chip em três áreas relacionadas à exploração espacial : Controle Ambiental e Suporte a Sistemas de Vida (ECLSS), Sistemas Médicos e Exploração Remota. A NASA conduz atividades relacionadas a esses projetos no Centro de Vôo Espacial Marshall da NASA e a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS).

Sistema de teste portátil

O LOCAD-PTS, atualmente a bordo da ISS.

O Desenvolvimento de Aplicativos Lab-On-a-Chip - Sistema de Teste Portátil ( LOCAD-PTS ) é um dispositivo portátil para monitoramento microbiano a bordo da ISS. Ele evoluiu do Endosafe-Portable Test System (Endosafe-PTS), desenvolvido pela Charles River Laboratories para uso nas indústrias farmacêutica e de saúde. Em 2004–2005, Charles River Laboratories uniu-se ao Carnegie Institution for Science e NASA Marshall Space Flight Center , incluindo BAE Systems e Jacobs Technology, para modificar o dispositivo Endosafe-PTS (e um sistema de manuseio de amostras) para voos espaciais. O projeto LOCAD-PTS foi financiado em grande parte pela Diretoria de Missão de Sistemas de Exploração (ESMD) da NASA, no âmbito do Programa de Desenvolvimento de Tecnologia de Exploração (ETDP), e especificamente sob a égide de Monitoramento e Controle Ambiental Avançado (AEMC).

Um cartucho LOCAD-PTS.

O próprio dispositivo (ou leitor) pesa 2,2 libras e é um espectrofotômetro combinado , aquecedor e bomba, operado com vários cartuchos intercambiáveis para a detecção de diferentes moléculas microbianas. Existem três cartuchos LOCAD-PTS diferentes a bordo do ISS, para a detecção de três moléculas microbianas diferentes: endotoxina , glucana e ácido lipoteicóico. Essas três moléculas são encontradas principalmente em bactérias gram-negativas , fungos e bactérias gram-positivas , respectivamente. Endotoxina e glucano são detectados com a cascata de enzimas Limulus amebocyte lysate (LAL) , derivada do caranguejo ferradura Limulus polyphemus . O ácido lipoteicóico é detectado com a cascata de enzimas Pró-fenol oxidase (PPO) derivada do caranguejo Jonah , Cancer borealis . Pela amplificação de um pequeno sinal, essas cascatas de enzimas permitem a detecção de quantidades muito baixas de material microbiano inicial. Um astronauta pode pegar uma amostra de swab da superfície de uma cabine, dissolvê-la em água livre de endotoxinas e analisá-la quantitativamente com LOCAD-PTS em microgravidade, tudo em menos de 15 minutos. Os métodos tradicionais baseados na cultura a bordo da ISS levam vários dias e muitas vezes exigem o retorno de amostras à Terra para análises mais aprofundadas por cientistas no terreno.

Suni Williams analisa uma amostra de superfície com LOCAD-PTS a bordo da ISS (31 de março de 2007)

LOCAD-PTS foi lançado para a ISS em 9 de dezembro de 2006, a bordo do ônibus espacial Discovery STS-116 . Após um período de armazenamento a bordo da ISS de quatro meses, o dispositivo foi utilizado pela primeira Expedição 14 / 15 engenheiro de vôo Suni Williams em 31 de março de 2007, para analisar superfícies dentro da Unidade . Desde então, LOCAD-PTS tem sido amplamente utilizado pelas tripulações da Expedição 16 - Expedição 18 para monitorar material microbiano em toda a ISS. A equipe do LOCAD tem apoiado cada operação do LOCAD-PTS a bordo da ISS a partir dos consoles do Centro de Integração e Operações de Carga Útil da NASA (POIC) no Marshall Space Flight Center da NASA. LOCAD-PTS continuará a ser usado a bordo da ISS até outubro de 2009 pelos astronautas da Expedição 20 Mike Barratt e Tim Kopra.

A primeira fase das operações da ISS ocorreu entre março de 2007 a fevereiro de 2008 (Expedições 14–16), quando os cartuchos LAL foram usados para detectar endotoxinas em superfícies dentro da ISS. Verificou-se que a endotoxina estava distribuída por todo o ISS, apesar das indicações anteriores de que a maioria das bactérias nas superfícies do ISS eram gram-positivas. A endotoxina foi detectada em 50% de todos os locais da superfície e comumente encontrada em superfícies de exercícios, higiene, dormir e refeitórios. A endotoxina foi encontrada em cada local da superfície onde as unidades formadoras de colônias (UFC) foram observadas com métodos de lâmina de contato baseados em cultura. Cartuchos de LAL-Glucan, para a detecção de Beta-1,3-glucano, foram lançados para a ISS a bordo do ônibus espacial STS-123 em março de 2008. Os resultados preliminares com esses cartuchos mostraram padrões semelhantes aos observados para endotoxina, mas glucano foi encontrado em níveis mais altos e encontrados para ser muito mais difundidos em toda a ISS. Os cartuchos Gram +, para detecção de ácido lipoteicóico, foram lançados para a ISS a bordo do STS-126 em 14 de novembro de 2008. Testes com esses cartuchos foram realizados durante as Expedições 18-20 .

Testes de campo e expedições científicas

Teste do sistema de esfregaço LOCAD-PTS durante simulação de atividade extraveicular de superfície (EVA) na cratera do meteoro, NASA Desert RATS (setembro de 2005).

Antes do LOCAD-PTS ser lançado ao espaço, ele foi testado extensivamente em microgravidade simulada com o uso de vôo parabólico , para verificar a função nominal do instrumento e procedimentos de manuseio de amostras. Também foi usado por vários anos em expedições científicas para estudar a vida microbiana em ambientes extremos na Terra. Esses ambientes extremos incluíram Svalbard no alto Ártico (latitude 80N) durante a Expedição Arctic Mars Analog Svalbard (AMASE) patrocinada pela NASA , vulcões em Kamchatka , extremo leste da Rússia, durante as expedições do Instituto de Astrobiologia Russa-NASA (NAI) em 2004 e 2006, o deserto do Arizona durante a Pesquisa do Deserto da NASA e Estudos de Tecnologia (Desert RATS) de 2005 e 2006, e o habitat subaquático Aquarius em Florida Keys durante a Expedição 5 de Operações de Missão Ambiental Extrema (NEEMO) da NASA, sob o comando da astronauta Peggy Whitson , e Monte Everest .

LOCAD-PTS é uma tecnologia apoiada no Programa de Monitoramento e Controle Ambiental Avançado (AEMC) da NASA, que por sua vez é apoiado pelo Programa de Desenvolvimento de Tecnologia de Exploração (ETDP) da Diretoria de Missão de Sistemas de Exploração (ESMD) da NASA. Todas as tecnologias dentro da AEMC foram revisadas pelo National Research Council e LOCAD-PTS tem atualmente mais de dois anos de experiência operando em órbita.

Exploração LOCAD-PTS

Jake Maule esfrega um corrimão no S6 Truss antes do lançamento (9 de dezembro de 2008).

Jake Maule usa LOCAD-PTS para realizar pesquisa microbiana do Pad 39A (7 de agosto de 2009).

LOCAD-PTS Exploration é um experimento da ISS financiado pelo Programa de Atividades de Missão Analógica da Lua e Marte (MMAMA) do Diretório de Missões Científicas da NASA. É uma colaboração entre BAE Systems, Charles River Laboratories (CRL), NASA Johnson Space Center (Astronaut Office, Crew and Thermal Systems Division e Extravehicular Activity (EVA) e Crew Survival Systems Branch), NASA Kennedy Space Center e NASA Marshall Space Flight Center . O objetivo do experimento é projetar e testar procedimentos para monitorar e documentar a disseminação de material biológico associado ao voo espacial humano, antes e depois do lançamento, em preparação para a exploração humana da Lua e de Marte. O experimento de Exploração LOCAD-PTS foi financiado pelo Science Mission Directorate (SMD) da NASA, sob o Programa de Atividades de Missão Analógica da Lua e Marte (MMAMA), e é o primeiro experimento financiado por SMD a bordo da ISS.

A seção ISS Starboard S6 Truss foi analisada com LOCAD-PTS em outubro de 2008 e dezembro de 2008 - enquanto estava localizada na Space Station Processing Facility (SSPF) no Kennedy Space Center da NASA - e novamente no espaço após o lançamento do Space Shuttle Discovery STS-119 .

O S6 Truss foi coletado no espaço no dia 5 de vôo, 19 de março de 2009, durante a primeira caminhada no espaço de Steve Swanson (EV1) e Richard R. Arnold (EV2). Este 'esfregaço' foi realizado indiretamente com as luvas do traje espacial. As próprias luvas foram esfregadas dentro da ISS antes e depois do EVA, com LOCAD-PTS, pelo engenheiro de vôo da Expedição 18, Sandy Magnus. Amostras de esfregaço foram então analisadas a bordo da ISS por Magnus no dia de vôo 7, 21 de março de 2009. Este experimento marcou a primeira vez em um vôo espacial humano em que a tripulação do EVA se examinou para micróbios antes do EVA e foi mencionado pela tripulação do STS-119 ao Presidente Obama durante uma videoconferência do espaço durante a STS-119. Esse tipo de procedimento será necessário para monitorar e documentar a disseminação de material biológico em apoio ao objetivo da NASA de pesquisar vida em outros planetas e cumprir os regulamentos de proteção planetária .

Outros testes de exploração LOCAD-PTS foram realizados no Flight 17A Multi-Purpose Logistics Module (MPLM) "Leonardo" na sala de mudança de carga útil no Pad 39A durante 5 a 8 de agosto de 2009. O 17A MPLM também foi testado após a inserção na carga útil baia do Ônibus Espacial Discovery STS-128 , com lançamento previsto para 25 de agosto de 2009. Além do próprio MPLM, foi realizado levantamento microbiano de toda Estrutura Rotativa de Serviço (RSS) e Plataforma de Lançamento Móvel (MLP). As superfícies externas do MPLM 17A também serão testadas após o pouso do STS-128. Cada MPLM é um cargueiro e trazido de volta à Terra na baía de carga útil do ônibus espacial .

Galeria

Cascatas de enzima para todos os três tipos de cartucho LOCAD-PTS.
A equipe LOCAD-PTS fala com a ISS do controle da missão da NASA (31 de março de 2007).
Greg Chamitoff usa LOCAD-PTS durante a Expedição 17 (junho de 2008).
Sandy Magnus usa LOCAD-PTS durante a Expedição 18 (janeiro de 2009).
Norm Wainwright (à direita) e Jake Maule testam LOCAD-PTS durante o vôo parabólico (2007).
LOCAD-PTS analisa a vida microbiana em fontes termais árticas durante o AMASE (2004).
Jake Maule (à esquerda) e Jan Toporski (à direita) na cratera do Vulcão Mutnovsky, Kamchatka (2004).
Mike Damon (primeiro plano) e Jake Maule na NASA Desert-RATS, Arizona (setembro de 2006).
Jake Maule realiza pesquisa microbiana do Pad 39A (4 de agosto de 2009).
Jake Maule testa 17A MPLM no compartimento de carga útil do Shuttle (7 de agosto de 2009).
Karissa West realiza pesquisa microbiana do Pad 39A (7 de agosto de 2009).