Kalifornijski El Segundo gotovo je stoljeće jedno od središta američke zrakoplovne i svemirske industrije. Tijekom Drugog svjetskog rata ovdašnje su tvornice proizvodile bombardere za pacifičko ratište. Poslije su na scenu stupile tvrtke divovi poput Hughesa i Northropa, koje su redom proizvodile generacije zrakoplova i svemirskih letjelica. Danas regiju dijeli nekoliko desetaka svemirskih i tehnoloških startupa, a u susjedstvu, u obližnjem Hawthorneu, nalazimo i SpaceX.
Jedne svibanjske večeri u neupadljivoj zgradi na istočnom rubu El Segunda otprilike 50 inženjera tvrtke Varda Space Industries okupilo se, ovaj put ne pripremajući lansiranje, nego povratak. Jeli su hladnu pizzu i igrali društvene igre dok su gledali izravni prijenos, čekajući vijesti o stanju svoje letjelice, koja se prema Zemlji obarala iznad australske divljine. „Emisija" je počela u 22:59. Kapsula je prema Zemlji jurila brzinom od oko 31 tisuću kilometara na sat kad se odvojila od satelita za koji je do tada bila pričvršćena. Sedamnaest minuta kasnije u maloj kontrolnoj sobi prolomilo se klicanje kad se prvi padobran otvorio točno u planirano vrijeme.
Kontrolna soba vrlo nalikuje kontrolnim centrima koje upravljaju NASA i druge svemirske tvrtke, a iz kojih se upravlja misijama s ljudskom posadom, znanstvenim sondama i komunikacijskim satelitima. No ona služi drugoj svrsi: ovdje se postavljaju temelji nove svemirske industrije usmjerene na biomedicinu.
Tvornice iznad naših glava
Vardu su osnovali 2021. U samo 5 godina osmislili su, izgradili i u orbitu oko Zemlje poslali šest kapsula. Ova kapsula, izrađena za Istraživački laboratorij američkog ratnog zrakoplovstva, služila je za ispitivanje toplinskih zaštitnih materijala, ali druge su nosile minijaturne laboratorije koji samostalno tale, otapaju, hlade i ponovno kristaliziraju farmaceutske spojeve. Na Zemlji te procese remeti gravitacija jer u tekućinama izaziva konvekciju s mjehurićima, zbog čega se kristali i čestice talože. No u svemiru – gdje nema gore i dolje – tople tekućine ne dižu se, a guste čestice ne tonu, pa se kristali mogu oblikovati u puno mirnijim uvjetima.
Kao rezultat toga – tvrde stručnjaci Varde – u mikrogravitaciji su kristali bjelančevina i lijekova čišći i ujednačeniji, a mogu nastati i spojevi koji se na Zemlji ne mogu proizvesti. Nicholas Cialdella, tehnički voditelj Varde, nada se da će te prednosti dovesti do lijekova koje je lakše proizvoditi, skladištiti i primjenjivati.
Ako tako bude, svemir neće biti samo poprište istraživanja, nego će postati tvornički prostor.
Varda je samo jedan primjer puno šire inicijative. I u akademskoj i u industrijskoj sferi istraživači nastoje biomedicinske pokuse koji se desetljećima provode na Međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS) pretvoriti u novu vrstu proizvodnog poduzetništva. Smatraju da mikrogravitacija može poboljšati ne samo proizvodnju lijekova, nego i revolucionirati uzgoj matičnih stanica, implantata, minijaturnih organa i drugih živih materijala. Ta vizija nije nova, ali sve sofisticiraniji svemirski laboratoriji i jeftina lansiranja raketa bude nadu da bi mikrogravitacija napokon mogla postati industrijsko rješenje umjesto da ostane samo znanstvena zanimljivost.
„Najvažniji razvoj u posljednjih nekoliko desetljeća bio je pad troškova lansiranja", kaže Matthew Weinzierl, ekonomist s Harvard Business Schoola koji se bavi svemirskom ekonomijom. „Ako više tvrtki poput Varde stvori samostalne proizvodne i istraživačke objekte, dogodit će se slična revolucija."
Dajte mi pipete!
Sektor se, međutim, i dalje suočava s pitanjem koje desetljećima baca sjenu na svemirsku industriju: može li se izvanredna znanost othrvati tvrdoglavoj ekonomskoj stvarnosti poslovanja stotinama kilometara iznad Zemlje. Ako se mogućnosti primjene pokažu obećavajućima, industrija ima potencijal postati transformativna snaga, kaže Weinzierl. No sve je to još neizvjesno i u fazi oblikovanja, dodaje.
Otkako ljudi putuju u svemir i dalje, svemirske agencije neprestano najavljuju napretke iskoristive i na Zemlji koje dugujemo tim projektima. Međutim, ozbiljna fizička i financijska ograničenja priječe da se obećavajuće područje razvoja temeljitije iskoristi. Kad se ISS 2000-ih počeo graditi, „ni da si u svemir poslao slamu i pretvorio je u zlato, to ne bi bilo isplativo", kaže Rae Silver, neuroendokrinologinja sa Sveučilišta Columbia, koja je 2002. supredsjedala NASA-inom radnom skupinom koja je pomogla formulirati istraživačke prioritete ISS-a.
Čak i nakon što su eksperimenti stigli u orbitu, istraživači su morali naučiti kako prilagoditi laboratorijske tehnike razvijene u uvjetima gravitacije. Prije nego što se 2009. pridružila NASA-inim astronautima, Kate Rubins radila je kao voditeljica istraživanja na Institutu Whitehead, gdje je proučavala viruse i genomiku imunološkog sustava. Kao svježu astronautkinju začudilo ju je koliko se poznatih alata – primjerice pipeta – svemirski istraživači još ne koriste, što je, prema njezinu mišljenju, neshvatljivo. „Rekla sam im da mi objasne fiziku, zašto ne", prisjeća se.
Kad je Rubins 2016. otputovala na ISS, većinu njezine osobne prtljage od 5 kilograma činile su pipete i druga laboratorijska oprema kako bi ih mogla vlastoručno isprobati.
Pokazalo se da pipete savršeno rade, kao i uobičajene ploče sa 96 jažica, koje se koriste kao minijaturne epruvete za pripremu i pohranu uzoraka. Rubinsina odlučnost dala je novi zamah istraživanjima biologije na ISS-u.
Godine ustrajnog rada napokon su urodile plodom. ISS je postao sofisticirani orbitalni laboratorij s automatiziranim mikroskopima, standardiziranim radnim tokovima i sve boljim razumijevanjem ponašanja stanica i molekula u mikrogravitaciji. Za određene primjene mikrogravitacija može biti korisna nova varijabla, kaže Rubins, koja je sada ravnateljica Instituta Trivedi za svemirsku i globalnu biomedicinu Sveučilišta u Pittsburghu.
Istraživanje svemira za sve
Za to vrijeme, zahvaljujući SpaceXovim raketama Falcon 9 za višekratnu uporabu, sve manji troškovi lansiranja znatno su pojeftinili odlazak u svemir i ostvarivanje ideja ondje. U časopisu PNAS Nexus u srpnju je objavljena analiza prema kojoj je, dok je inflacijski usklađen trošak slanja 1 kilograma materijala u svemir 2000. iznosio više od 15 tisuća dolara, do 2025. pao na manje od 4000 dolara. Prema prognozi studije, ako se trendovi nastave, trošak po kilogramu do 2030. mogao bi pasti za još 50%.
„Dosegnuli smo novu razinu razumijevanja i nakupljanja znanja", kaže Michael Roberts, znanstveni ravnatelj Nacionalnog laboratorija ISS-a. „A to može dovesti do bržih lijekova i rezultata i ovdje na Zemlji."
Roberts skreće pozornost na jedan ključni rezultat farmaceutske tvrtke Merck: tvrtka je na ISS-u provela pokuse sa svojim vrlo uspješnim lijekom protiv raka Keytruda (pembrolizumab).
To je monoklonsko protutijelo koje pomaže imunološkom sustavu da napadne tumorske stanice. U studiji iz 2019. istraživači Mercka izvijestili su da u mikrogravitaciji bjelančevine protutijela tvore manje i ujednačenije kristale nego što se može postići tradicionalnim metodama proizvodnje, čime se otvorio put primjeni lijeka u obliku injekcije umjesto dugotrajnih intravenskih infuzija. Iako je Merck injekciju naposljetku pustio u promet drugim (zemaljskim) pristupom, pokus je istaknuo prednosti mikrogravitacije.
To je istraživanje Mercka potaknulo i osnivanje Varde. Na svojoj prvoj misiji 2023. tvrtka je rastalila ritonavir, lijek protiv HIV-a, a zatim ga ponovno kristalizirala kao najmanje stabilnu strukturnu varijantu lijeka. Demonstracija je potvrdila da se lijekovi u orbiti mogu obrađivati autonomnim metodama, da mjesecima izdrže u svemiru i da prežive paklenu toplinu pri povratku u atmosferu.
Iskorištavajući česta lansiranja raketa SpaceX Falcon 9, tvrtka si je sada zadala cilj ubrzati dosad iznimno spor eksperimentalni proces kako bi mogla podupirati komercijalna istraživanja. „Ako podatke o nečemu dobivamo jednom godišnje, svake dvije ili tri godine, to je s poslovnog stajališta dosta teško ostvariti", kaže Adrian Radocea, znanstveni ravnatelj Varde.
Varda nije sama. Godine 2025. Redwire Space, dugogodišnji razvojni inženjer korisnih tereta za ISS, objavio je da je sklopio dogovor sa startupom ExesaLibero Pharma o proizvodnji ultračistih kristala eksperimentalnog lijeka za kosti u svemiru, kako bi se od njih na Zemlji proizvodili veći kristali. U svibnju je britanski startup BioOrbit na ISS lansirao korisni teret koji – kao i Vardine kapsule – služi za autonomnu kristalizaciju lijekova u mikrogravitaciji. Otprilike u isto vrijeme Varda je objavila da je sklopila partnerstvo s tvrtkom United Therapeutics kako bi se utvrdili farmaceutski pripravci kod kojih bi orbitalna obrada mogla biti korisna.
Malo gravitacije, velike prednosti
Prema Michaelu Reillyju, strateškom ravnatelju Varde, u idućih nekoliko godina jedna od kapsula tvrtke moći će obraditi dovoljno lijeka za kliničko ispitivanje koje obuhvaća stotine bolesnika. „Naš je cilj zapravo svemirski lijek – u ovom slučaju lijek koji smo proizveli u mikrogravitaciji – unijeti u ljude", kaže.
Mogućnosti mikrogravitacije sežu daleko izvan pojedinačnih bjelančevina i lijekova malih molekula. Za LambdaVision, startup sa Sveučilišta Connecticut, cilj je izraditi umjetne mrežnice od tankih slojeva neobične bjelančevine koja skuplja svjetlo, poznate kao bakteriorodopsin.
Pod djelovanjem svjetlosti bakteriorodopsin pumpa protone kroz membranu. U organizmima koji ga prirodno proizvode tako nastali ionski gradijent daje energiju. Slažući čak 200 pažljivo poravnatih slojeva koji sadrže bjelančevinu, LambdaVision se nada stvoriti implantate koji mogu stimulirati zdrave stanice preostale u inače uništenoj mrežnici i tako djelomično vratiti vid bolesnicima s makularnom degeneracijom.
Kad je Nicole Wagner – sada glavna izvršna direktorica LambdaVisiona – 2009. sudjelovala u osnivanju tvrtke, mikrogravitacija još nije bila uzeta u obzir. No nakon devet misija na ISS-u shvatili su da izostanak taloženja i konvekcije omogućuje proizvodnju puno ujednačenijih bjelančevinskih filmova uz znatno manje otpada.
Prema Wagnerinim riječima, na Zemlji samo oko 40% filmova zadovoljava specifikacije, a većina ostalih ili je predebela ili pretanka za ciljanu uporabu.
Bjelančevinski filmovi ostaju stabilni i nakon 6 mjeseci provedenih u orbiti, što otklanja zabrinutost zbog oštećenja uzrokovanih svemirskim zračenjem. „Svi drugi šalju stvari gore kako bi ih promijenili. Mi ne želimo da se bjelančevina promijeni", kaže Wagner. LambdaVision do 2028. planira još pet letova na ISS, kao i prvi let izvan ISS-a: zajedničku misiju čiji je cilj ispitati metode proizvodnje u orbiti na uređaju koji gradi startup Helogen.
Za Catrionu Jamieson, ravnateljicu Instituta za matične stanice Sanford Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu, privlačnost mikrogravitacije nije u sprječavanju bioloških promjena, nego u njihovu ubrzavanju. U svemiru se stanice raka lakše organiziraju u trodimenzionalne strukture i brzo aktiviraju procese povezane s metastaziranjem. Jamieson smatra da bi to moglo dramatično ubrzati istraživanje novih terapija raka. Godine 2024. na ISS je poslala stanice raka dojke kako bi ispitala učinkovitost rebecsiniba, eksperimentalnog lijeka protiv raka koji je razvila tvrtka Aspera Biomedicines, čija je Jamieson suosnivačica. „Rezultate smo dobili za 10 dana, dok bi to na Zemlji trajalo 10 godina", kaže.
Bioreaktori
Druge vrste stanica također se ponašaju na nov i neobičan način kad se oslobode okova gravitacije, kaže Jamieson. Matične stanice, iz kojih nastaju sve ostale vrste stanica, brzo se razmnožavaju i stare, aktivirajući odgovore na stres skrivene u „tamnim" dijelovima genoma – u obično šutljivim odsječcima DNK – čije bi se pojavljivanje na Zemlji moglo odužiti puno dulje. „Mikrogravitacija oslobađa biologiju stresa i ubrzava je", kaže stručnjakinja.
U posljednja dva desetljeća istraživači su naučili obične stanice kože ili krvi reprogramirati u inducirane pluripotentne matične stanice (iPS stanice), koje imaju svestranost tradicionalnih matičnih stanica. Arun Sharma, kardiobiolog iz Medicinskog centra Cedars-Sinai u Los Angelesu, desetljeće je proveo istražujući kako se iPS stanice ponašaju u mikrogravitaciji – i koje prednosti taj okoliš može imati za njihov uzgoj.
Sharma od djetinjstva gleda prema nebu, jer je odrastao u Huntsvilleu, među djecom istraživača i inženjera koji rade u NASA-inu svemirskom centru Marshall. Kao poslijediplomski student, surađujući s Rubins, na ISS-u je uzgajao ljudske srčane stanice dobivene iz iPS stanica. Sada, kao ravnatelj Centra za istraživanje svemirske medicine u Cedars-Sinaiju, Sharma se na Zemlji usredotočuje na svemir.
Nada se da će se pomoću mikrogravitacije iz iPS stanica oblikovati organoidi, odnosno u laboratoriju uzgojene nakupine stanica koje oponašaju mnoga svojstva pravih organa, pa mogu biti korisni u ispitivanju lijekova i drugih terapija, pa čak i u nadomještanju živih tkiva. U Sharminu laboratoriju njegovi su suradnici organoide uzgojene na Zemlji usporedili s onima uzgojenima na ISS-u. Zemaljski organoidi djelovali su kaotično: bili su nejednake veličine, puni mrtvih stanica i krhotina. Verzije uzgojene u svemiru bile su veće i čišće. „Oblik im je puno ujednačeniji i ima manje stanične smrti", kaže poslijediplomantica Madelyn Arzt.
Rezultati se mogu potkrijepiti jednostavnim fizikalnim objašnjenjem. Na Zemlji se organoidi uzgajaju u bioreaktorima koji stanice drže u tekućini koja neprestano kruži kako bi se spriječilo njihovo taloženje. Taj protok može spojiti nakupine stanica ili rasparati krhke strukture upravo kad se počnu oblikovati. Prema Sharminim riječima, u mikrogravitaciji organoidi ostaju lebdjeti bez cirkulacije.
Rezultati još nisu objavljeni, ali toliko su uvjerljivi da je NASA već odobrila potporu od 1,5 milijuna dolara za ponavljanje pokusa na ISS-u. Novi teret bit će lansiran u sklopu SpaceXove misije još ove godine.
Ako se učinak uspije potvrditi, to bi moglo pokrenuti još jednu granu bioproizvodnje u svemiru – proizvodnju zamjenskih tkiva uzgojenih iz iPS stanica. Već sada traju klinička ispitivanja kojima se procjenjuje mogu li kirurški ugrađene živčane stanice dobivene iz iPS stanica pomoći u ublažavanju simptoma Parkinsonove bolesti te mogu li takvi implantati srčanih stanica poboljšati zatajenje srca. Orbitalni bioreaktori mogli bi proizvoditi organoide tako visoke kvalitete kao u Sharminu pokusu, a njihov bi prinos mogao daleko premašiti ono što je danas moguće pri zemaljskoj proizvodnji.
Privatne svemirske postaje
Te mogućnosti već utječu na planove za svemirske objekte nakon ISS-a. Nakon 25 godina u orbiti svemirska se postaja – koja u prenesenom i doslovnom smislu stenje pod težinom napetih međunarodnih partnerstava – polako povlači u mirovinu, a komercijalni nasljednici u međuvremenu poprimaju oblik. U uredskom parku u Long Beachu tvrtka Vast, primjerice, punom parom radi na dovršetku postaje Haven-1, komercijalne postaje koju Cedars-Sinai već iduće godine namjerava koristiti za biomedicinske pokuse.
Sama postaja složen je strojno obrađeni aluminijski cilindar, gotovo dug kao autobus. Haven-1 primit će samo nekoliko astronauta za kratke misije od dva tjedna. Glavni joj je cilj isprobati drugi model istraživanja u orbiti: u njoj će se izvoditi sve automatiziraniji pokusi, a istraživači će samo povremeno odlaziti gore da se pobrinu za njih. „Definitivno želimo ići prema automatizaciji", kaže Meghan Everett, glavna istraživačica tvrtke Vast, koja je prije bila zamjenica glavne istraživačice NASA-ina programa ISS. Međutim, na područjima na kojima još učimo i tek smo u početnoj fazi, doista je velika prednost ako je posada u svemiru, dodaje stručnjakinja.
Hoće li postaje poput Haven-1 moći opsluživati procvalu bioindustriju, ovisi o puno prozaičnijem pitanju: ekonomičnosti. Godine 2020. Cedars-Sinai otvorio je veliki objekt za bioproizvodnju, koji trenutačno proizvodi 1500 različitih staničnih linija za modele bolesti i klinička ispitivanja staničnih terapija. Prema riječima Dhruva Sareena, ravnatelja centra, stvaranje personalizirane stanične linije iz iPS stanica te uzgoj nekoliko milijardi stanica, primjerice za obnovu stanica koje proizvode inzulin kod jednog bolesnika sa šećernom bolešću, trenutačno bi koštalo više od 2 milijuna dolara i trajalo najmanje 8 mjeseci. Sve to provesti u orbiti oko Zemlje bilo bi još skuplje, kaže Sareen, koji je na ISS već poslao tri korisna tereta povezana s matičnim stanicama. „Možda ćemo moći liječiti bolesti, ali ako lijek ne možemo dostaviti bolesnicima, čemu sve to?", kaže.
Neki bi proizvodi ipak mogli biti dovoljno vrijedni da opravdaju putovanje. LambdaVision u suradnji s tvrtkom Space Tango, razvojnim inženjerom tereta za ISS, svoje bjelančevinske filmove proizvodi u automatiziranom uređaju veličine kutije za cipele, težine 10 kilograma. Trenutačno prijevoz takvog korisnog tereta na ISS i natrag košta oko 600 tisuća dolara, kaže Wagner. Istodobno, cijena elektroničkih implantata mrežnice trenutačno je veća od 150 tisuća dolara po oku.
Pri takvim cijenama bile bi dovoljne samo četiri umjetne mrežnice po misiji da se pokriju troškovi lansiranja – pod uvjetom da klinička ispitivanja budu obećavajuća i da regulatori naposljetku odobre implantate.
Tvrtkama koje upravljaju komercijalnim svemirskim postajama bit će, međutim, potrebni i drugi izvori prihoda. Vast i njegovi konkurenti nastoje se osloniti na gospodarstvo u orbiti oko Zemlje u kojem svakojaki platežni klijenti – turisti, istraživači, astronauti – u velikom broju rade i zabavljaju se stotinama kilometara iznad naših glava. „Moguće je da ćemo u budućnosti uspjeti ostvariti poslovni model svemirske proizvodnje", kaže Roberts. Ali dodaje: „Nisam među onima koji vjeruju da će, čim ISS povučemo iz uporabe, u svemiru odmah niknuti komercijalne tvornice koje proizvode ljudske organe."
***
Trenutačno veći dio željenih gospodarskih planova ovisi o NASA-inoj velikodušnosti. No agencija je početkom godine izjavila da ima novca za potporu samo jednoj komercijalnoj svemirskoj postaji. „Iako vidimo zanimanje ulagača, ne postoji neovisno provjerljivo istraživanje tržišta koje bi potkrijepilo gospodarsku održivost komercijalne postaje koju NASA samo djelomično financira", rekla je voditeljica agencijina programa ISS, Dana Weigel, na predavanju u ožujku.
Bez obzira na to što će NASA učiniti nakon povlačenja ISS-a, nije vjerojatno da bi gospodarstvo u orbiti oko Zemlje potpuno nestalo, kaže Sharma, dodajući da se sada mnogi pokušavaju uključiti u igru. Ako komercijalne svemirske postaje zapnu, robotske kapsule poput Vardinih mogle bi donekle popuniti prazninu – štoviše, mogle bi nuditi i prednosti. Postaje s posadom ne samo da su skuplje, nego zahtijevaju i stroge sigurnosne uvjete, što ograničava postupke i reagense koje astronauti mogu koristiti.
U El Segundu su inženjeri iz tvrtkina centra za upravljanje misijama optimistični. Vardina je kapsula naposljetku sigurno sletjela u Južnoj Australiji. Tvrtka taj pothvat želi ponavljati iznova: do 2027. planiraju sedam letova, a do 2028. još deset. Kako kaže Jordan Croom, zamjenik ravnatelja i specijalist za terete:
„Ne trebamo izvoditi samo demonstracije, nego te kemikalije u orbiti moramo obrađivati i na znanstvenoj, a potom i na proizvodnoj razini – i to u količinama i učestalošću na koje se dosad nitko nije usudio. To je istodobno uzbudljivo i pomalo zastrašujuće."
