微重力药物研究从国际空间站晶体研究扩展至商业化生产

NASA 数十年来一直使科学家能够研究微重力对药物开发的影响，这项工作始于航天飞机时代。一家私营航天公司 Varda Space Industries 已开始发射配备自主生物反应器的小型无人太空舱，这些太空舱可在微重力环境中停留数周至数月，并能在失重条件下加工药物。Varda 还宣布与 United Therapeutics Corporation 开展合作，探索利用微重力开发罕见肺部疾病的改良治疗方法。

在这段时间里，已出现一些值得注意的成功案例，例如 2019 年成功培育出抗癌药 Keytruda 更均一的晶型。这使得该药有可能通过注射给药，而不再需要患者在诊所中花费数小时接受静脉输注。

5 月 12 日星期二，Henry M. Rowan College of Engineering 化学工程助理教授 Gerard Capellades 计划将结晶实验送入地球轨道，搭载于 International Space Station。通过这项研究，他希望更好地理解微重力如何影响晶体的形成，例如片剂和粉末填充胶囊中的晶体，从而着眼于改进这类药物的生产。

Capellades 的实验将在 Redwire 的自动化平台 PIL-BOX 内进行，该平台用于在微重力环境中生长高质量蛋白晶体。尽管此前已有研究人员在太空中对药物进行结晶，但先前实验主要聚焦于由单一物质构成的晶体；Capellades 的实验将首次在这一过程中引入添加剂。

药片、半导体、钢、巧克力，甚至肾结石，都是晶体。溶液中的分子首先移动到晶体表面，然后附着在不断生长的晶体上。微重力会减缓这一早期运动过程，并且通常也会降低晶体总体生长速率。这会形成轮廓更清晰、质量更高的晶体。

Capellades 预计，在此次实验中于国际空间站生长的晶体会生长得更慢，从而形成更均一的产物。此前实验发现，调节血糖的胰岛素晶体在太空中生长时异常巨大且排列有序。晶体的大小和有序性会影响药物释放，因此可能为改进递送方式创造机会。

目前，晶体药物大多包含单一物质。Capellades 有意加入第二种安全成分，以生成药物合金。在其实验中，Capellades 将使对乙酰氨基酚等常见物质结晶，并以紫色色素作为添加剂，利用颜色作为可视化标记来观察其在晶体内部的分布。这些实验将通过 SpaceX CRS-34 商业补给任务前往国际空间站。

在这项最新研究中，Rowan University 正代表 Redwire 推进双方共同的研究机会。Redwire 通过 NASA In-Space Production Applications 项目的合同为该研究提供资金支持。一旦准备好的 PIL-BOX 在国际空间站上安装就位，轨道在轨操作团队将启动自动化程序，开始结晶过程，而安装在模块内部的显微摄像头将每隔几分钟拍摄一次图像，使地面团队几乎能够实时观察实验进展。

NASA 为这项工作的很大一部分提供了补贴，通常承担将研究送往国际空间站的高昂运输成本，以及宇航员在空间站开展研究所需的时间成本。不过，这也存在权衡，例如将研究送入太空所需的准备周期较长。尽管如此，人们已经清楚地看到，在太空制药可能具有一些商业应用前景。

Varda 于 2023 年年中发射了其首个飞行器 W-1，此后又有另外 5 个飞行器发射。根据与 United Therapeutics 达成的协议，Varda 和 United Therapeutics 将利用微重力对治疗化合物结构和结晶特性的影响，以改善其稳定性和递送方式。

无论结果如何，制药公司可能暂时还不会将生产转移到轨道上，但航天技术的进步可能使地外生产在未来变得越来越可行。Capellades 预计，在某些情况下，如果添加剂能够稳定一种新的晶体结构，制药公司可能会使用太空中生长的晶体作为晶种，以促进地球上更好的晶体生长。至于在太空中全面生产晶体合金，更有可能适用于仅需极少量使用的高价值材料，例如某些半导体或激光光学器件。