Nas fases iniciais das explorações espaciais, alcançar a órbita terrestre com um satélite já era considerado um feito significativo. Na era atual, a colocação de rovers em outros planetas e o retorno de amostras de asteroides representam o estado da arte.

No entanto, a próxima fronteira se aproxima rapidamente, na qual os astronautas terão de permanecer por longos períodos de tempo na Lua e, possivelmente, em Marte.

No entanto, antes de sermos capazes de enviar seres humanos para esses ambientes perigosos, as agências espaciais parceiras do programa Artemis devem obter conhecimentos sobre como garantir a segurança dos astronautas.

Uma parte essencial desse processo é a simulação das condições encontradas na Lua e em Marte.

Doze astronautas tiveram a oportunidade de explorar e caminhar na superfície lunar durante a era Apollo. Na notável missão Apollo 7, que marcou o primeiro pouso na Lua, os astronautas puderam desfrutar de um período relativamente breve na superfície, totalizando apenas 2,5 horas.

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No entanto, à medida que as missões prosseguiam, o tempo de permanência na superfície lunar foi gradualmente estendido. Durante a histórica missão Apollo 11, por exemplo, a tripulação conseguiu registrar impressionantes 22 horas de Atividade Extraveicular (EVA).

A superfície lunar é um ambiente notoriamente perigoso, e uma permanência de 24 horas nesse ambiente acarreta um risco considerável. No entanto, o Programa Artemis difere dos objetivos do programa Apollo.

Inicialmente, as missões terão pousos de curta duração, porém, em última instância, o objetivo do programa Artemis é estabelecer uma presença duradoura na Lua, envolvendo tanto seres humanos quanto robôs. Além disso, embora a Lua seja o primeiro destino, o programa Artemis visa alcançar Marte.

Qualquer missão com destino a Marte terá uma duração aproximada de três anos. São necessários sete meses para chegar ao planeta vermelho, cerca de 26 meses para que Marte e a Terra estejam em uma posição propícia para a viagem de retorno, e mais sete meses para retornar à Terra.

O planejamento das intervenções médicas durante a estadia de sete meses é uma parte crucial dessa missão. Tais intervenções médicas devem possuir uma certa autonomia funcional e o objetivo primordial é assegurar que os astronautas possam retornar às suas atividades laborais.

Pesquisadores da Universidade de Birmingham, localizada no Reino Unido, estão atualmente envolvidos no programa Bio-SPHERE (Biomedical Sub-surface Pod for Habitability and Extreme-environments Research in Expeditions).

Essa iniciativa consiste na criação de novos laboratórios situados a uma profundidade de 1,1 km, nas instalações de uma das minas de maior profundidade do Reino Unido.

O objetivo principal do programa Bio-SPHERE é abordar uma ampla gama de desafios e obstáculos que os astronautas do programa Artemis enfrentarão no futuro, como a manipulação de equipamentos pesados no subsolo e o acesso restrito a materiais essenciais.

Entretanto, o primeiro laboratório do programa Bio-SPHERE terá seu foco voltado à saúde dos astronautas, uma peça fundamental para o sucesso do programa Artemis.

Em um artigo publicado no NPJ Microgravity, os pesquisadores detalharam o projeto de uma instalação subterrânea de cuidados médicos destinada a fornecer suporte aos astronautas.

Trata-se de um módulo de simulação com 3 metros de largura, concebido para testar procedimentos biomédicos necessários para o preparo de materiais utilizados no tratamento de lesões teciduais.

Esses materiais incluem fluidos complexos, polímeros e hidrogéis utilizados na medicina regenerativa, os quais podem ser empregados em curativos ou como preenchimentos para mitigar danos.

Vale ressaltar que já existe um laboratório subterrâneo adjacente à mina, denominado Boulby Underground Laboratory, o qual está em funcionamento desde a década de 1990.

Nesse local, pesquisadores investigam as áreas de Astrobiologia, exploração planetária, Ciências da Terra e do Meio Ambiente, além de Física de Partículas. Portanto, a integração do programa Bio-SPHERE nessa instalação é considerada uma escolha natural e coerente.

A Dra. Alexandra Iordachescu, pesquisadora principal do projeto Bio-SPHERE, pertencente à Escola de Engenharia Química da Universidade de Birmingham, desempenha um papel fundamental nessa iniciativa.

Em um comunicado à imprensa, Iordachescu expressou entusiasmo ao estabelecer uma parceria com a equipe científica notável do Laboratório Subterrâneo de Boulby.

Segundo suas palavras, “essa nova capacidade nos auxiliará na coleta de informações que poderão orientar o desenvolvimento de sistemas de suporte à vida, dispositivos e biomateriais, os quais poderão ser utilizados em situações de emergência médica e na reparação de tecidos após danos ocorridos em missões espaciais de longa duração”.

Um dos desafios significativos que os seres humanos enfrentam em voos espaciais prolongados é a redução da gravidade.

Trata-se de uma questão complexa, pois, embora seja possível proteger os astronautas da radiação por meio de algum tipo de barreira, a gravidade reduzida permanece como uma ameaça persistente.

Esse estado de gravidade reduzida causa uma série de problemas para o corpo humano, os quais demandam atenção e pesquisa contínuas.

No seu artigo, os pesquisadores abordam a ameaça específica representada pela redução da gravidade. Partes específicas do corpo humano evoluíram para suportar a carga do peso, e em ambientes de baixa gravidade, há uma menor força mecânica exercida sobre essas estruturas.

Entre essas partes estão os quadris, a cabeça femoral e as vértebras lombares. Com o passar do tempo, a exposição prolongada a uma gravidade reduzida resulta em perda de minerais ósseos, como cálcio e fosfato, nessas regiões.

Essa condição leva à fragilidade óssea, um problema significativo para os astronautas que precisam realizar missões importantes.

A fragilidade óssea não apenas pode acarretar dificuldades durante o estabelecimento de uma base em Marte, no momento da chegada, mas também pode tornar mais desafiadora a entrada e o pouso no planeta.

Além disso, estudos indicam que a exposição prolongada à radiação durante o voo espacial também pode contribuir para a fragilidade óssea.

É importante ressaltar que os minerais ósseos perdidos não são simplesmente eliminados do organismo, podendo se acumular nos rins e causar a formação de cálculos renais, o que demanda intervenção médica.

A perda de densidade óssea e os riscos decorrentes constituem apenas uma das diversas ameaças enfrentadas pelos astronautas, e o Bio-SPHERE busca abordar essas consequências e garantir o retorno dos astronautas às atividades laborais.

O professor Iorachescu ressaltou a necessidade de tratamentos para reparação de tecidos e outras intervenções médicas durante viagens espaciais.

Em seu artigo, ela e seus colegas enfatizam: “Isso é particularmente relevante para contextos clínicos, como ruptura e deslocamento de tecidos, fraturas ósseas, queimaduras cutâneas, abrasões ou lacerações, lesões nos tendões/ligamentos e perda sanguínea”.

Embora não tenham ocorrido traumas graves entre os astronautas dos Estados Unidos, houve um grande número de lesões musculoesqueléticas, com a maioria delas envolvendo as mãos.

No entanto, é inevitável a ocorrência de lesões mais graves e a possibilidade desses incidentes nunca pode ser completamente eliminada. Nesse contexto, as tecnologias regenerativas desempenharão um papel crucial.

Algumas pesquisas já foram conduzidas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) com relação a essas tecnologias. Isso engloba a utilização de células-tronco, esferoides, órgãos em chips e técnicas de biofabricação ou bioimpressão.

Para que uma missão a Marte alcance o sucesso desejado, é essencial que haja um maior desenvolvimento dessas tecnologias, sendo esse o cerne do primeiro laboratório Bio-SPHERE.

Além das prolongadas estadias no espaço, outro fator impulsiona essas tecnologias: a comunicação.

A possibilidade de assistência médica em tempo real, fornecida por especialistas na Terra, é viável para os astronautas na Lua. O atraso na comunicação entre a Terra e a Lua é de apenas alguns segundos.

Dessa forma, a experiência necessária está a apenas um rápido bate-papo por vídeo de distância, e os materiais requeridos podem estar localizados tão distantes quanto a órbita lunar.

No entanto, os astronautas que se encontram em Marte enfrentam um isolamento significativo.

A distância entre a Terra e Marte varia de 54,6 milhões de quilômetros a aproximadamente 200 milhões de quilômetros (34 milhões a 124 milhões de milhas), resultando em tempos de latência na comunicação que variam de cerca de 5 minutos a 20 minutos.

Esse fator tornaria extremamente desafiador o estabelecimento de comunicação com especialistas médicos em casos de emergência.

Consequentemente, como apontam os autores, é necessária uma mudança operacional para viabilizar atividades médicas autônomas, um desafio que exige cuidadosas considerações para garantir uma infraestrutura médica adequada nessas localidades.

Dentro de uma equipe de astronautas, a redundância será escassa. A perda de um membro da equipe devido a uma lesão compromete toda a missão. Isso ressalta a importância de uma recuperação rápida, algo que os projetistas do Bio-SPHERE estão levando em consideração.

“A necessidade de uma rápida recuperação funcional significa que alguma forma de substituição ou análogo de tecido deve ser desenvolvida no local de forma oportuna, implantada ou aplicada diretamente na área afetada imediatamente após a lesão, ou incubada (no caso de implantes biológicos)”, afirmam os pesquisadores.

O objetivo geral desta pesquisa consiste em compreender de forma mais precisa a configuração de um habitat espacial.

Além de suprir as necessidades básicas da vida e enfrentar perigos como detritos resultantes de impactos de meteoros, radiação de superfície e poeira perigosa, o habitat deve estar preparado para lidar com emergências médicas, bem como questões menores que possam reduzir a carga de trabalho dos membros da tripulação.

Os pesquisadores propõem um habitat composto por seis módulos que poderiam ser utilizados tanto na Lua quanto em Marte, com o intuito de realizar cirurgias e reparos de tecidos.

Esses módulos são denominados de Recuperação, Cirurgia/Telemedicina, Banco de Células, Bioprocessamento de Materiais e Engenharia de Tecidos. O sexto módulo tem a função de fornecer acesso, incluindo uma câmara de ar e esterilização.

Esse módulo pode ser localizado no subsolo, em uma caverna, levando em consideração a existência de tubos de lava e cavernas tanto em Marte quanto na Lua, ou ainda na superfície.

No entanto, ainda estamos distantes de construir um habitat semelhante ao que os pesquisadores idealizam, e é exatamente por isso que o laboratório BioSPHERE na mina de Boulby desempenha um papel tão importante.

Trabalhando em conjunto com o Boulby Underground Lab, Iordachescu e seus colegas têm a oportunidade de explorar algumas dessas tecnologias e coletar dados que podem contribuir para sua futura implementação.

“Essas métricas são essenciais para orientar o projeto do sistema e auxiliar na avaliação das demandas científicas e dos prazos viáveis para as operações de bioengenharia em ambientes isolados, como habitats espaciais”, afirmou Iordachescu.

“Além disso, é provável que esses dados também tragam inúmeros benefícios para aplicações terrestres, como a entrega de intervenções biomédicas em áreas remotas ou ambientes perigosos, e, de forma mais ampla, para a compreensão dos fluxos de trabalho biomédicos em ambientes não ideais”.

A curto prazo, é provável que tecnologias médicas convencionais, como métodos de reconstrução tecidual, sejam utilizadas no contexto do programa Artemis e em outras empreitadas espaciais.

No entanto, à medida que pesquisas como esta ganham destaque, as perspectivas começam a mudar.

“Com o avanço da engenharia de tecidos e das tecnologias de biofabricação em 3D nos próximos anos, será possível gerar tecidos mais complexos e personalizados, e, eventualmente, até mesmo estruturas que se assemelham a órgãos, em um ambiente isolado”, afirmam os autores.

“Nos próximos anos, será essencial fazer previsões mais abrangentes sobre esses assuntos, o que, por fim, irá orientar o design dessas instalações espaciais e a tecnologia necessária para sustentá-las”, concluem Iordachescu e seus colegas.

O Dr. Professor Sean Paling, diretor e cientista sênior do Laboratório Subterrâneo de Boulby, onde Iordachescu e sua equipe construirão o laboratório, demonstra entusiasmo com o projeto.

“Estamos extremamente satisfeitos por colaborar com o Dr. Iordachescu e a equipe da Universidade de Birmingham nesse trabalho empolgante”, disse Paling.

“Os desafios futuros enfrentados pela humanidade na exploração de habitats além da Terra são inegavelmente numerosos e significativos. O projeto Bio-SPHERE promete contribuir para a resolução de questões logísticas essenciais relacionadas ao estabelecimento de condições de vida sustentáveis em ambientes subterrâneos remotos. Ao fazê-lo, esse projeto terá um papel significativo nos preparativos indispensáveis para a nossa jornada coletiva à frente, uma jornada longa, desafiadora e empolgante. Além disso, ele exemplifica a diversidade de estudos científicos que podem ser realizados em uma instalação científica subterrânea profunda, e estamos honrados em recebê-lo em nossas instalações.”

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