生物卫星成微重力实验又一解法,以色列SpacePharma打造微重力芯片实验室【Space Medicine系列案例】

作者: 谢灵 2022-11-03 08:00
SpacePharma
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微重力服务和解决方案提供商 | 未公开 | 运营中
美国-弗罗里达州
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我们的征途是星辰大海。600年前的大航海时代,我们造船扬帆跨越大洋;600年后的大航天时代,我们搭乘火箭飞船遨游太空。现如今,人类的太空活动日益频繁。

 

大航天时代,无数航天机构向太空发射卫星,载人航天工程也变成司空见惯的太空活动。现在的我们正处于卫星密集发射前期,预计未来十年地球近地轨道将部署近6万颗卫星,商业发射需求快速增长。

 

卫星发射、火箭回收、航空遥感,都只是太空金矿的冰山一角。当人类社会的生产活动不断向太空延申时,生命科学、材料制造等医疗和工业产业成为太空商业具有潜力的重要部分。太空独特的微重力环境不仅为生命科学行业带来新的希望,同时也为打造太空工厂创造出不可替代的优势。

 

2015年被认为是中国民营商业航天的元年,以翎客、蓝箭、零壹为代表的中国第一批民营商业火箭公司开始创立。2016年,开创国内微重力实验商业化先河的天仪研究院成立,一经成立便获得千万人民币天使投资。

 

2017年,天仪研究院联合中科院和以色列微重力芯片实验室平台SpacePharma,在印度搭载“PSLV-C37”运载火箭,成功发射中国首颗微重力化工实验卫星“陈家镛一号”(DIDO-2)。

 

自2016年开始,中国科学院过程工程研究所就与以色列SpacePharma公司开展合作。目前,在已发射的“陈家镛1号”上,已针对多相混合和多晶型药物结晶等项目进行了实验。

 

SpacePharma是以色列生物载荷装置领域的先行者。2016年,SpacePharma就将以色列首个微重力实验立方星送入太空。迄今为止,已完成7次太空任务。

 

一个人口不足的中东小国以色列,何以入局大国航空商业开发领域?SpacePharma如何在以色列航天商业布局中占据重要角色?我们又是否会有如同SpacePharma一样的航空企业出现?


以色列首个微重力实验平台


SpacePharma是一家2012年成立于以色列的微重力实验平台公司,是以色列首家致力于提供微重力实验平台的科技公司。目前其总部设于美国加利福利亚,在瑞士和以色列均设有办事处。SpacePharma致力于用芯片实验室为研究人员提供微重力实验环境。

 

Yossi Yamin是SpacePharma的创始人兼首席执行官。Yossi 毕业于特拉维夫大学,拥有在美国、以色列和加拿大执行太空开发项目超过30年的经验。他曾在以色列卫星部队工作,7次指挥卫星发射。

 

Shimon Amselem担任SpacePharma的首席科学官,是耶鲁撒冷希伯来大学药理学博士。Shimon 在制药行业有超过25年的经验,担任Shulov Innovative Science、Marval Pharma等多家制药公司的科学顾问。2007年,Shimon创办了Nextar ChemPharma Solutions,这是一家药品开发外包公司。

 

在微重力环境下,细胞形态和生长状况都会有所改变。SpacePharma利用其独有的芯片技术,帮助研究者在医药学、生物科技、材料化学以及营养工业等领域开展研究,加速催化更多科技突破。


微型、无人化、远程控制的芯片实验室


微重力实验的进行通常有几种方案。一是将实验室送入国际空间站,二是地球上进行模拟微重力实验。除此之外,SpacePharma为微重力实验另辟道路——将实验室搭载在绕地小型卫星上。

 

这样做的理由主要有两个。首先是生物化学实验往往存在腐蚀、爆炸的风险,大卫星、飞船或国际空间站以安全为首要目标,不能轻易进行这样的实验,而商用的小型卫星,则可以独立承担风险。

 

其次是国际空间站资源有限。就拿我国空间站实验举例,尽管“天宫”空间站把生命科学和生物医药实验列为重点研究方向,但进入“天宫”进行实验仍然十分困难。截至2021年8月,“天宫”空间站已经有来自16个国家的1000多个实验项目正在排队。另外,“天宫”空间站尚未公布其商业化的计划,进行实验只能依靠排队。

 

SpacePharma为生物化学和药物开发开发了技术驱动的微重力工具,可以通过自动化流程进行或由用户远程控制,适用基于web的平台实现近乎实时的操作控制。这种工具为研究者提供了一个可安装再多个微重力平台上的微型、无人化、远程控制的芯片实验室。微重力工具既有独立生物卫星,也有搭载空间站的实验室。

 

目前,SpacePharma已经有两个系列发射项目。

 

第一个是纳米卫星计划,目前包括DIDO-1、DIDO-2、DIDO-3。该项目旨在微重力条件下测试一个小型的端到端药物实验室——mGnify实验室,可以进行细菌生长、抗生素耐药性、自组装、酶反应、聚合、纳米颗粒合成、颗粒聚集动力学、乳液稳定性和结晶等实验。

 

DIDO-1于2016年在SpaceX公司发射的猎鹰9号(Falcon 9)上进行,其余的状态和计划未公开。

 

DIDO-2发射于2017年2月,也就是上文中提到的“陈家镛1号”,是一个自由轨道纳米卫星,规格为3U Cubesats。DIDO-2目前正在进行酶促反应、肽自组装、液滴聚结等实验。

 

据公开资料显示,DIDO-3于2020年6月发射,由以色列和意大利科学院合作。DIDO-3将进行微重力对人血清白蛋白结合特性的影响、微重力对人血清白蛋白结合特性的影响、在无重力条件下重新配置DNA结构及其功能和微重力条件下细菌偶联、抗生素抗性基因的传播及其表达控制四项实验。

 

第二个项目为Nexus 1和Nexus 2,这两个实验室被送入空间站,主要进行药物结晶、巨噬细胞的研究和包括七个人类肌肉细胞群的研究。在这些实验进行之前,SpacePharma在地面进行了多次预先准备,包括3次抛物线飞行和有机晶体的实验调整等。

 

此外,未来SpacePharma还有一项由RAMON FOUNDATION提供支持的任务。实验包括微重力对人类骨骼肌肉、运动神经元、胰腺腺泡细胞分泌的影响等,是一项以色列学校的演示实验。

 

2022年,SpacePharma完成发射Axiom-1,完成35项实验任务。


生物卫星与创新药研发


以色列是拥有本土卫星发射能力面积最小的国家。在商业航空的大国游戏中,以色列走在高精尖的赛道上。由于资源有限,以色列的国防科技发展理念一向秉承质量高于数量——只求高精尖,不求大而全。2019年,以色列成为继中美俄之后第四个涉足月球的国家。

 

以色列的商业航空起步于1990年,主要是售卖其高分、轻型、微型卫星。2015年,以色列航天局(ISA)为以色列设定了一个经济目标——要占到世界航天市场份额的3%。除了售卖高端卫星外,生物制药也就成为了以色列打造太空工厂的一部分。

 

目前,国际上仅有两个空间站运行。在空间站资源紧缺的情况下,生物化学实验搭载生物卫星进行实验成了新解法。生物卫星最开始被设计用来在外太空携带动植物进行太空实验,现逐渐用于各种生物化学和药物研发实验。如果未来技术成熟,生物卫星或许会成为太空制药工厂的主要厂房。

 

目前,中国创新药研发力量正在快速扩张。从二级市场规模来看,在港交所、科创板或纳斯达克上市的中国生物科技公司总市值从2016年的10亿美元,飙升到2021年5月的1800亿美元。一级市场表现同样火热,2020年生物医药行业融资总金额超2000亿元。

 

2021年,我国共发射36颗商业卫星,预计2022年将发射超过50颗卫星。2021年中国卫星总产值达4690亿元,较2020年增加了657亿元,同比增长16.29%。值得一提的是,国内商业航天公司天仪研究院已完成12次太空任务,发射21颗卫星,其中包括遥感卫星和生物科研卫星。

 

2021年,中国首个航天商业中心落户浙江象山,中国商业航天的春天已经到来。2011年美国颁布的“沃尔夫条款”,反而激发了中国航天业的突破和发展。在未来,“天宫”空间站或许成为全球唯一空间站,这也将不断推动我国商业航空的前行,实现“让太空升级地球产业,让地球不断连接太空”。


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