lunedì 30 gennaio 2017

Condizioni uniche per laboratori sperimentali sulla stazione spaziale internazionale

La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) continua a essere un mondo per diversi tipi laboratorio di ricerca spaziale, dopo oltre 15 anni di attività e, in quest'arco temporale, ha dimostrato di essere una risorsa fantastica per osservare su una navicella spaziale galleggiante, per esempio le potenziali variazioni che si riferiscono a operazioni di matrice solare
ad alta tensione in Low Earth Orbit (LEO).

Le misurazioni della densità elettronica ionosferica e della temperatura lungo l'orbita dell’ISS e le variazioni nel potenziale flottante sull’ISS sono state ottenute dalla Measurement Unit Potenziale galleggiante (FPMU). 

In particolare, le rapide variazioni del potenziale flottante sull’ISS durante le operazioni di matrice solari su scale temporali di decine di millisecondi possono essere registrate, per mezzo della frequenza di campionamento a 128 Hz, operata dal galleggiante della sonda potenziale (FPP).

Quest'ultima fornisce un interessante spaccato dell'interazione fra alta tensione con i pannelli solari e l'ambiente spaziale del plasma. Confrontando i dati FPMU con le operazioni temporali sull’ISS e i dati di matrice solari
, si fornisce un mezzo per correlare alcuni dei transitori, più complesse e interessanti variazioni dei potenziali galleggianti, durante operazioni di missione. 

Queste complesse variazioni non sono state riprodotte dai modelli attuali e richiedono successivi studi per comprendere i processi fisici sottostanti. 
Sono già stati presentati alcuni dei potenziali galleggianti transitori, osservati nel corso degli ultimi anni, insieme con i più rilevanti parametri ambientali dello spazio e i dati operativi delle matrici solari.
Le caratteristiche uniche della ricerca ambientale su ISS:
1.  Microgravità o assenza di peso, altera molti fenomeni osservabili all'interno delle scienze fisiche e della vita. Sistemi e processi colpiti dalla microgravità includono bagnatura della superficie e tensione superficiale, flusso multifase e il trasferimento di calore, la dinamica dei sistemi multifase, solidificazione, e fenomeni d’incendio e la combustione. Inoltre, la microgravità induce una vasta gamma di variazioni di organismi che vanno dai batteri all'uomo, incluse alterazioni globali dell'espressione genica e aggregazione tridimensionale di cellule.
2.  Condizioni estreme sono tipiche nell'ambiente ISS, compresa l'esposizione a calore estremo e ciclismo freddo, ultra-vuoto, ossigeno atomico, e la radiazione ad alta energia. Prove e qualificazione dei materiali esposti simultaneamente a queste condizioni estreme hanno fornito dati per consentire la produzione di componenti affidabili di lunga durata usati sulla Terra così come nei più sofisticati componenti satellitari e spaziali del mondo.
3.  La sua posizione in orbita terrestre bassa permette ISS un punto di vista unico, con un'altitudine di circa 240 miglia (400 km) e un percorso orbitale oltre il 90% della popolazione della Terra. Questo può fornire una migliore risoluzione spaziale e le condizioni di luce variabili rispetto alle orbite eliosincrone di tipici satelliti di telerilevamento della Terra.

La latente riattivazione del virus, la riduzione del numero di cellule immunitarie, la diminuzione dell’attivazione nelle cellule e l'aumentata sensibilità degli astronauti
alle infezioni, in seguito al ritorno sulla Terra, sono tutti eventi che dimostrano come il sistema immunitario è meno efficiente durante il volo spaziale. Queste disfunzioni durante le missioni a lungo termine possono provocare la comparsa d’infezioni opportunistiche o una diminuzione nei meccanismi d’immuno-sorveglianza che sradicano le cellule tumorali. D'altra parte, il monitoraggio dell'ambiente microbico è essenziale per prevenire malattie infettive nello spazio. Pertanto, entrambi gli aspetti dovranno essere monitorata continuamente durante le missioni di lunga durata nello spazio, utilizzando sistemi diagnostici semiautomatici e in miniatura. Nel breve termine, tali apparecchiature permetteranno lo studio delle cause d’immunodeficienza spazio riscontrate, sviluppando contromisure per mantenere una funzione immunitaria ottimale e migliorando la capacità di prevenire malattie infettive durante le missioni spaziali. Al fine di raggiungere questi obiettivi, un nuovo sistema diagnostico è stato progettato per eseguire una serie di saggi biologici e immunologici a bordo delle navicelle spaziali. Attraverso analisi di citometria di flusso e analisi della biologia molecolare, questo sistema diagnostico permetterà di migliorare la sorveglianza medica di astronauti e sarà utilizzato per testare le contromisure volte a prevenire il deficit immunitario durante le missioni spaziali.



martedì 10 gennaio 2017

Differenti risposte del microbiota intestinale a vari tipi di dieta

Il tuo microbiota non può affiancarti, appena si tenta di migliorare la dieta . In un nuovo studio, i ricercatori esplorano il motivo per cui i topi che passano da una dieta senza restrizioni all’americana a una dieta sana, ipocalorica, a base vegetale non hanno una risposta immediata a questo nuovo programma. Si è scoperto che alcuni batteri intestinali umani debbono essere persi per un programma di dieta che abbia successo.

Estratto che descrive i risultati di Griffin e altri  sull'entità delle risposte microbiota ad interventi per la dieta, che variano da individuo a individuo. Dispersione di taxa batterica dieta-reattivo per migliorare le risposte successive ad interventi di dieta. Credit: Griffin et al. / Cell Host & Microbe
Il tuo microbiota non può modificarsi pedissequamente, appena si tenta di migliorare la dieta . In un nuova ricerca , si sono cercati di esplorare i motivi per cui i topi che passano da una dieta senza restrizioni, all'americana, a una dieta sana, ipocalorica, a base vegetale non hanno una risposta immediata al nuovo programma nutrizionale. Si è scoperto che alcuni batteri intestinali umani, debbono essere eliminati per un programma dieta di successo.                                                       "Se vogliamo prescrivere una dieta per migliorare la salute, è importante capire come i microbi aiutano a controllare questi effetti benefici, -spiega Jeffrey Gordon, direttore del Centro per Genome Sciences e Systems Biology (Washington University di St. Louis) - e abbiamo trovato un modo per estrarre le comunità microbiche nell'intestino di diversi esseri umani, per identificare gli organismi che aiutano a promuovere gli effetti di una dieta particolare in modo che potrebbe rivelarsi utile".                                                                                                                                                        Al fine di studiare come le pratiche dietetiche umane influenzano la flora intestinale umana e come un microbiota condizionato e uno stile di vita alimentare, rispondono a una nuova prescritta dieta, Gordon e i suoi collaboratori, hanno prima preso campioni di feci da parte di persone che hanno seguito una dieta ricca di vegetali e quindi ipocalorica e campioni provenienti da persone che hanno seguito una tipica, dieta senza restrizioni, all’americana.                                                                      Si è scoperto che le persone che seguivano la dieta ricca di vegetali, ristretta, avevano un microbiota più diversificato. Hanno poi colonizzato gruppi di topi privi di germi intestinali con le comunità dei diversi donatori umani e nutriti gli animali con la dieta nativa del donatore o con l'altro tipo di dieta. Sebbene entrambi i gruppi di topi hanno risposto alle nuove diete, i topi con la dieta-condizionata, all’americana, il microbiota ha avuto una risposta debole alla dieta ricca di vegetali. Per identificare i microbi che potrebbero migliorare la risposta microbiotica della dieta condizionata, all’ americana, sono stati creati una serie di incontri tra i topi. Gli animali che ospitano una comunità -dieta condizionata dall'intestino umano, alimentato all’ americana, sono stati in sequenza co-ospitati con i topi colonizzati con microbiota, proveniente da diverse persone che avevano consumato la dieta ricca di impianto vegetale, per lunghi periodi di tempo. I microbi dalla dieta vegetale-condizionata nella comunità hanno fatto la loro strada nel microbiota della dieta-condizionata all’americana, migliorando notevolmente la risposta alla dieta vegetale.                                               " Abbiamo bisogno di pensare nel nostro intestino, -dice Nicholas Griffin, istruttore a WUSTL- a comunità microbiche non come isole isolate, ma come parti di un arcipelago in cui i batteri possono spostarsi da un'isola all'altra. Quest’ arcipelago viene definito un metacommunity”. Molti di questi batteri migrati nel microbiota della dieta-condizionata ,all’americana, erano inizialmente assenti in molte persone che consumano questa dieta non ristretta". Gli scienziati sono ottimisti che l' approccio aiuterà a guidare lo sviluppo di nuove strategie per migliorare l'efficacia di prescrivere diete sane, e sottolineano che sono necessarie ulteriori ricerche per identificare i fattori che determinano lo scambio di microbi tra le persone." Abbiamo un apprezzamento crescente sul valore nutritivo e , -dice Gordon- come gli effetti delle diete sono influenzati dal microbiota del consumatore". "Ci auguriamo che i microbi identificati utilizzando approcci come quelli descritti, possano un giorno essere utilizzati come probiotici di nuova generazione. I nostri microbi forniscono un altro modo di sottolineare come sono collegati negli esseri umani e come siano gli uni e gli altri, membri di una comunità più ampia ".







La missione di Osiris Rex per campionare l'asteroide Bennu

L’approccio di OSIRIS Rex inizierà quando Bennu sarà solo un punto di luce a più di 2 milioni di km di distanza dal veicolo spaziale, nell’agosto del 2018.
OSIRIS-Rex

L'asteroide Bennu  è l'obiettivo delle prossima missione di un cube sat  particolare denominato Osiris Rex
si avvicinerà all'asteroide, usando una serie di piccoli razzi per abbinarsi alla velocità di Bennu nella sua orbita attorno al Sole.
L'appuntamento richiederà che OSIRIS-Rex debba raggiungere l'asteroide nello stesso luogo insieme e, allo stesso tempo aspettando che arrivi in quella posizione. Si deve anche muovere alla stessa velocità e nella stessa direzione dell’asteroide.
La finestra per la partenza su Bennu
L'asteroide Bennu
 sarà avviata nel marzo del 2021. In quel momento OSIRIS-Rex accenderà i motori principali e si lancerà verso Bennu con una velocità di 0,32 km / s . Queste combustioni metteranno OSIRIS-Rex su una traiettoria che interseca l'orbita della Terra, nel settembre 2023.
L’asteroide Bennu sta viaggiando intorno al Sole e per raggiungerlo, OSIRIS-Rex eseguirà una serie di manovre di frenata, rallentando per 0,53 km / s , con una conseguente velocità di avvicinamento relativa di 20 cm / s .
Il concetto di risolvere traiettorie a bassa spinta analiticamente, sarà esplorato attraverso una missione semplificata dalla Terra alla Near-Earth Asteroid Bennu. Bennu è l'obiettivo della prossima missione OSIRIS-Rex ed è stato identificato come l'oggetto del terzo più rischioso per la Terra-impatto nei prossimi duecento anni. Ha un semiasse maggiore pari a ~ 1,12 AU, che lo rende ideale per un trasferimento dalla Terra con un piccolo rapporto di orbita.
Durante l'incontro con l’asteroide, OSIRIS-Rex sarà la navicella in grado di volare con Bennu. Il primo tentativo di sondaggio dell'asteroide inizierà a ottobre del 2018 e durerà un anno. Comprenderà quattro fasi principali:

* l’indagine preliminare cercherà pennacchi di asteroidi e satelliti naturali, e misurerà anche l'accelerazione Yarkovsky o di rotazione di Bennu.
* un orbita attorno a Bennu consentirà di testare la fuga Dynamics per la squadra di controllo, di modo che si possa transitare dalla navigazione basata-sulla stella, alla navigazione con punti di riferimento basati sull’utilizzo delle immagini di superficie di Bennu.
* in dettagliata indagine, più strumenti lavoreranno insieme per mappare Bennu e determinare le sue proprietà spettrali globalitermiche e geologiche.
* l’orbita su Bennu continuerà a mapparlo a risoluzioni più elevate, con un focus su siti candidati a essere campionati. Alla fine dell’orbita, sarà selezionato un sito di esempio.
A luglio del 2020, una volta selezionato il sito di esempio, OSIRIS-Rex si sposterà per raccogliere un campione di materiale di superficie, su Bennu. La variazione totale di velocità sarà poco più di 20 cm/s : è una variazione minuscola rispetto alle grandi manovre necessarie per arrivare e partire dalle vicinanze dell’asteroide. L'incontro culminerà nella manovra “touch-and-go” alla velocità di 10 cm/s per raccogliere il campione.
Avvicinando la superficie di Bennu per un totale di cinque secondi, lo strumento meglio noto come TAGSAM
 rilascerà una raffica di azoto, causando la formazione di rocce sciolte e di materiale superficiale da innalzare e dirigere verso un collettore nella testa della sonda. OSIRIS-Rex otterrà almeno 60 grammi e fino a 2 chilogrammi di campione. Se necessario, il veicolo spaziale sarà in grado di eseguire fino a tre tentativi di campionamento.
La SRC,
nella manovra di rientra sulla Terra, colpirà la parte superiore dell'atmosfera con una velocità di 12,4 km / s e lo scudo termico rimuoverà oltre il 99% dell'energia cinetica iniziale.
Dopo l'entrata con la SRC libererà in caduta fino a raggiungere un'altezza di 33,5 km, allorquando il paracadute frenante distribuirà l’energia di caduta. A 3 km, il paracadute principale sarà rilasciato, portando la capsula a un atterraggio morbido nel deserto dell’Utah il 24 settembre 2023, per la naturale conclusione di un viaggio di sette anni per campionare Bennu e ritornare sulla Terra.
Il materiale campionato sarà analizzato fino al livello atomico per determinare la composizione chimica dell'asteroide. Gli scienziati addetti al campionamento cercheranno composti organici come gli amminoacidi e zuccheri, i cosiddetti “mattoni” determinanti per l’origine della vita.


sabato 7 gennaio 2017

Cargo giapponese che arriva sulla Stazione Spaziale Internazionale_manovre di salvataggio




Manovre di salvataggio degli astronauti sulla ISS

Alle basse quote dove orbita la ISS, vi è una varietà di detriti spaziali, costituiti da parti di razzi abbandonati, frammenti di esplosioni, scaglie di vernice, scorie di motori a combustibile solido e molti altri oggetti. Questi oggetti, oltre ai micrometeoriti naturali, rappresentano una minaccia per la stazione in quanto hanno la capacità di bucare i moduli pressurizzati e causare danni ad altre parti della stazione. I micrometeoriti possono anche rappresentare un rischio per gli astronauti, in quanto tali oggetti potrebbero forare le loro tute spaziali, durante le attività extraveicolari, causando la loro depressurizzazione. I detriti spaziali vengono monitorati a distanza da terra e l’equipaggio della stazione può essere avvertito nel caso un oggetto di notevoli dimensioni fosse in rotta di collisione. Ciò consentirebbe di intraprendere una manovra detta Debris Avoidance Manoeuvre (DAM)

che utilizza propulsori posti sul segmento orbitale russo per modificare l’altitudine orbitale della stazione ed evitare il detrito. Le DAM non sono infrequenti e avvengono tutte le volte che i modelli di calcolo mostrano un detrito che si avvicina ad una distanza considerata pericolosa. Otto manovre sono state eseguite prima del marzo 2009, Le prime sette tra ottobre 1999 e maggio 2003. Di solito l’orbita viene innalzata da uno o due chilometri per mezzo di un aumento della velocità orbitale nell’ordine di 1 m/s. Insolitamente si è realizzato un abbassamento di 1,7 km il 27 agosto 2008, il primo per 8 anni. Nel 2009 si sono verificati ulteriori due DAM, una il 22 marzo e una il 17 luglio. Se una minaccia da detriti orbitali viene identificata troppo tardi per effettuare una manovra di allontanamento, l’equipaggio della stazione chiude tutti i boccaporti a bordo della stazione e si ritira nella navicella spaziale Sojuz,
in modo che essi possano evacuare velocemente la stazione in caso di grave danneggiamento da impatto
. Parziali evacuazioni della stazione si sono verificate tre volte, il 6 aprile 2003, il 13 marzo 2009 e il 28 giugno 2011 quando l’equipaggio ha dovuto rifugiarsi nelle due capsule Sojuz a causa di un detrito che è passato a pochi metri dalla stazione.

Per un miglior trattamento del diabete si utilizzeranno cellule HEK-beta



Schema di una cellula HEK-beta. 
Credit: Politecnico federale di Zurigo

I ricercatori guidati dal professor Martin ETH Fussenegger (Dipartimento di Scienza e Ingegneria Biosystems_D-BSSE) a Basilea hanno prodotto cellule beta artificiali con un semplice  approccio ingegneristico .
Le cellule beta artificiali possono fare tutto quello che fanno quelli naturali: misurano la concentrazione di glucosio nel sangue e producono abbastanza insulina per abbassare efficacemente il livello di zucchero nel sangue. I ricercatori ETH hanno presentato di recente lo sviluppo su queste cellule HEK-beta artificiale.Approcci precedenti erano basate sulle cellule staminali, che gli scienziati hanno permesso di maturare in cellule beta o con l'aggiunta di fattori di crescita o incorporando reti genetiche complesse.
La riprogrammazione di cellule HEK
Per il loro nuovo approccio, i ricercatori hanno utilizzato ETH, una linea cellulare a base di cellule renali umane, cellule HEK. Hanno utilizzato le proteine ​​di trasporto del glucosio naturale e canali del potassio nella membrana delle cellule HEK, arricchite con un canale del calcio voltaggio-dipendenti e un gene per la produzione di insulina e GLP-1, cioè l'ormone coinvolto nella regolazione della glicemia.
Interruttore di tensione provoca la produzione di insulina
Nelle cellule beta artificiali, proteine naturali di trasporto del glucosio delle cellule HEK 'trasportano il glucosio dal sangue nell'interno della cellula. Quando il livello di zucchero nel sangue supera una certa soglia, i canali del potassio si chiudono. Questo inverte la distribuzione della tensione alla membrana, causando l'apertura dei canali del calcio. Come il calcio fluisce, comporta per le cellule HEK che incorporano una cascata di segnalazioni, che portano alla produzione e la secrezione di insulina o GLP-1.
I test iniziali delle cellule beta artificiali nei topi diabetici hanno rivelato di essere estremamente efficace per le cellule. "Hanno lavorato meglio e più a lungo, -dice Fussenegger - di qualsiasi soluzione ottenuta in qualsiasi parte del mondo finora". Quando sono state impiantate in topi diabetici, le cellule HEK modificate hanno lavorato in modo affidabile per tre settimane, fornendo la produzione di una quantità sufficiente di messaggeri che regolano il livello di zucchero nel sangue.
Nello sviluppo delle cellule artificiali, i ricercatori hanno avuto l'aiuto di un modello di computer creato da ricercatori che lavorano sotto Jörg Stelling, Dipartimento di ETH di Zurigo di Biosystems Science and Engineering (D-BSSE). Il modello permette predizioni sul comportamento delle cellule, che possono essere verificati sperimentalmente. "I dati degli esperimenti e dei valori calcolati , afferma Fussenegger- utilizzando i modelli erano quasi identici".
Costoro hanno lavorato su soluzioni basate sulle biotecnologie, per la terapia del diabete per lungo tempo. Poi hanno svelato di aver prodotto, le cellule beta coltivate da cellule staminali dal tessuto adiposo di una persona. Questa tecnica è costosa, tuttavia, poiché le cellule beta devono essere prodotti individualmente per ogni paziente. La nuova soluzione sarebbe più conveniente, in quanto il sistema è adatto per tutti i diabetici.
Resta incerto, però, quando queste cellule beta artificiali raggiungeranno il mercato. In primo luogo devono essere sottoposte a varie prove cliniche prima di essere utilizzate negli esseri umani. Prove di questo tipo sono costose e spesso ultimi anni. "Se le nostre cellule supereranno tutti gli ostacoli, potrebbero raggiungere, secondo le stime del professore ETH- il mercato in 10 anni".
Il diabete sta diventando il moderno flagello dell'umanità.L'International Diabetes Federation stima che più di 640 milioni di persone nel mondo soffriranno di diabete entro il 2040. Mezzo milione di persone sono colpite in Svizzera oggi, con 40.000 dei quali affetti da diabete di tipo 1, la forma in cui il sistema immunitario del corpo distrugge completamente la cellule beta, produttrici di insulina.