Student Politechniki Krakowskiej Kacper Odziomek może przyczynić się do zwiększenia bezpieczeństwa zdrowotnego astronautów. Dołączył do prestiżowego, amerykańskiego programu „Andromeda” i pracuje nad metodami przeciwdziałania demineralizacji kości u astronautów w warunkach mikrograwitacji. Student Politechniki jest jedynym Polakiem, który bierze udział w międzynarodowym projekcie badawczym, który zrzesza ponad 50 naukowców i naukowczyń z całego świata. Ich misją jest wspieranie rozwoju technologii kosmicznych i upowszechnianie wiedzy o nich.

REKLAMA

Program „Andromeda” to inicjatywa międzynarodowej organizacji non-profit – Deep Space Initative (DSI). Organizacja została założona w 2021 r. w Stanach Zjednoczonych przez Sarę Sabry, pierwszą astronautkę pochodzącą z Afryki. Działa z misją zwiększenia dostępności nauki o kosmosie, realizując założenie, że kosmos należy do całej ludzkości i nie powinien być zarezerwowany tylko dla wybranych. Wokół inicjatywy DSI skupieni są eksperci z całego świata: od inżynierów po prawników, a wśród doradców są specjaliści z NASA. Udział naukowców w programach badawczych DSI ma charakter wolontariatu. Inicjatywa nie jest nastawiona na zysk. Zebrane fundusze inwestuje m.in. w programy badawcze, przeprowadzenie praktycznych eksperymentów z użyciem obliczeń wypracowanych w swoich zespołach czy testowanie opracowanych koncepcji rozwiązań w warunkach symulujących te panujące w przestrzeni kosmiczne.

Mikrograwitacja a zdrowie załóg kosmicznych

W ramach programu badawczego „Andromeda” Kacper Odziomek, student biotechnologii przemysłowej na Politechnice Krakowskiej, pracuje w zespole „Osteonautica” wspólnie z naukowcami z Kanady, Stanów Zjednoczonych i Austrii. Ich celem jest opracowanie koncepcji nowych środków przeciwdziałających demineralizacji kości u astronautów, spowodowanej przedłużoną ekspozycją na mikrograwitację.

– Projekt, nad którym pracujemy, ma charakter teoretyczny i analityczny. Ja kompletuję i analizuję dostępne wyniki badań medycznych, wykonuję obliczenia lub symulacje komputerowe, a następnie będę proponował wnioski i rozwiązania z obszaru terapii bioregeneracyjnych z wykorzystaniem między innymi farmakoterapii – tłumaczy Kacper Odziomek.

Problem, którym zajmuje się młody naukowiec, jest bardzo poważny. Przedłużona ekspozycja na mikrograwitację może negatywnie wpływać na układ mięśniowo-szkieletowy astronautów, a w szczególności powodować utratę masy kostnej, minerałów kostnych, przedwczesną osteoporozę, a także zwiększać podatność na złamania po misji. W wyniku przedłużonej ekspozycji na mikrograwitację zwiększa się również ryzyko kamicy nerkowej. Zaburzona homeostaza wapniowa może stanowić bezpośrednią przyczynę powstawania kamieni nerkowych, a kolka nerkowa jest realnym zagrożeniem dla całej załogi.

– Zmiany te wynikają przede wszystkim z braku obciążenia, słabej wydajności mięśni, zmniejszonej ogólnej hydrodynamiki i utraty gradientu ciśnienia hydrostatycznego. Ważną rolę odgrywają również predyspozycje genetyczne – wyjaśnia Kacper Odziomek. – Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej odnotowano spadek gęstości kości wynoszący ok. 1-1,5% na miesiąc. A po zakończeniu misji układ kostny regeneruje się najdłużej ze wszystkich. Obecnie główny środek zaradczy stanowią treningi fizyczne wykonywane do 2 godzin dziennie przez 6 dni w tygodniu na bieżni, ergometrze i ARED, odpowiednio zbilansowane i różnorodne posiłki oraz niekiedy farmakoterapię bisfosfonianami.

Od analizy danych do koncepcji nowych terapii dla astronautów 

Skuteczność tych metod jest zróżnicowana w zależności od osoby. Przykładowo, tylko 15-18% załogi wraca z zachowaną siłą i wytrzymałością kolan, a ponad połowa traci więcej niż 10% pierwotnej sprawności. – Bisfosfoniany, choć hamują resorpcję, to nie pobudzają tworzenia nowej kości, a przy przedłużonym podawaniu rośnie ryzyko martwicy żuchwy i nietypowych złamań trzonu kości udowej. Doustne bisfosfoniany mogą powodować podrażnienia przewodu pokarmowego i niespecyficzną absorpcję związków zawartych w pożywieniu, co sprawia, że są one mniej atrakcyjnym rozwiązaniem do stosowania w surowych warunkach kosmicznych, gdzie wybór pożywienia jest ograniczony – mówi Kacper Odziomek.

Ponieważ medycyna personalizowana będzie mieć kluczowe znaczenie dla dalszego rozwoju eksploracji kosmosu, nowe metody wspierania bezpieczeństwa zdrowotnego astronautów będą wykorzystywać różne dziedziny nauki: biologię, genetykę, biotechnologię czy bioinformatykę. W tym właśnie celu organizatorzy programu „Andromeda”, czyli Deep Space Initative (DSI), stworzyli szeroką koalicję naukową wybitnych specjalistów z różnych zakątków świata.

Zespół, w którym pracuje krakowski student, nie będzie prowadził samodzielnych eksperymentów na astronautach, ponieważ wykracza to poza możliwości inicjatywy. Zaplanowane rezultaty obejmują opracowanie szczegółowego raportu podsumowującego cały proces badawczy, wnioski, implikacje, kompletny i gotowy do publikacji w czasopismach naukowych artykuł zgodny z wyznaczonym przez zespół pytaniem badawczym oraz prezentację podsumowującą cele projektu, metody, wyniki i przyszłe efekty. – Moja praca obejmuje m.in. gruntowny przegląd literatury naukowej oraz analizy ogromnej ilości danych m.in. pochodzących z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej – tłumaczy Kacper Odziomek.

Innowacyjnymi technologiami kosmicznymi student PK zajmuje się też działając w Polskim Towarzystwie Astrobiologicznym. Jego naukowe zainteresowania mają już bardzo praktyczne efekty. Realizuje m.in. grant Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach projektu „Wsparcie studentów w zakresie podniesienia ich kompetencji i umiejętności” (nr. FERS.01.05-IP.08-004/23) oraz bierze udział w projekcie „BioOcuGel”, w którym opracowywane są wielofunkcyjne systemy okładów dla pacjentów po zabiegach okulistycznych. Projekt jest realizowany we współpracy ze studenckim laboratorium innowacji Politechniki Krakowskiej – FutureLab. Kacper prowadzi badania w dziedzinie polimerowych systemów dostarczania leków w ramach Koła Naukowego „Biohydrogels” pod opieką dr hab. inż. Katarzyny Bialik-Wąs, prof. PK.

Biotechnologie z Politechniki Krakowskiej bliżej kosmosu

W ostatnich latach na Politechnice Krakowskiej rośnie aktywność studentów w obszarze komicznych technologii. Od 2023 r. studenci Koła Naukowego COSMO PK skutecznie wysyłają w przestworza sondę stratosferyczną HABSat. Podczas swojej misji miała ona m.in. za zadanie zbadać natężenie promieniowania kosmicznego na różnych wysokościach przelotu, a także sprawdzić stopień tłumienia tego promieniowania przez atmosferę.

Z kolei w marcu 2024 roku interdyscyplinarna grupa studentów i doktorantów Politechniki stworzyła rozwiązanie dedykowane Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz – przyszłościowo – dalekim podróżom kosmicznym. W ramach konkursu „Direction: Space”, zorganizowanego przez Fundacje „New Space” oraz „Empiria i Wiedza” w partnerstwie z Europejską Agencją Kosmiczną, zespół zrealizował projekt „pharmaCOSMOGEL”. Dotyczył liofilizowanych opatrunków hydrożelowych jako potencjalnej metody leczenia ran, chorób i zakażeń skórnych oraz zapalenia błon śluzowych u astronautów. Zespół zdobył tytuł finalisty konkursu. Podczas konkursu studenci i doktoranci PK mieli okazję współpracować z Ewą Borowską, założycielką Extremo Technologies, a także poznać astronautę ESA Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego, który w ramach misji Ax4 na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej jako drugi Polak w historii ma polecieć w kosmos.

Na zdjęciach Kacper Odziomek w laboratorium Politechniki Krakowskiej oraz w module szkoleniowym Columbus Europejskiego Centrum Astronautów w Kolonii / Fot. archiwum prywatne