研究人员指南 ： 啮齿动物研究

国家航空航天局研究人员指南 ：啮齿动物研究 本国际空间站 （ ISS ） 研究人员指南由 NASA ISS 计划科学办公室出版。作者:Richard Mains, Sharon Reynolds, Mains Associates, Berkeley, CalifPatricia Larenas, Intrinsyx, NASA 艾姆斯研究园, Moffett Field, Calif Michelle Hing, Intrinsyx, NASA 艾姆斯研究园, Moffett Field, Calif执行编辑 ： Amelia Rai 技术编辑 ： Neesha Hosein 设计师 ： Cory Duke盖和后盖:a.一只影响毛发生长的基因被敲除的实验室小鼠 (左) 显示在正常实验室小鼠旁边。 (图片来源 ： 美国国立卫生研究院)b.封底 ： 国际空间站啮齿动物研究实验平台栖息地单元的视图。 (图片来源 ： NASA / Dominic Hart)c.封底 ： 正在发育的小鼠胚胎的照片。 （ 图片来源 ： 美国国立卫生研究院 ）2 实验室是开放的国际空间站飞越地球 250 英里 ， 是世界的现代奇迹 ， 它结合了 15 个国家和数千名科学家 ， 工程师和技术人员的努力。国际空间站是各种研究的宏伟平台 ， 旨在改善地球上的生命 ， 实现未来的太空探索和理解宇宙。本研究人员指南旨在帮助潜在的研究人员计划将暴露于国际空间站内空间环境的实验。它涵盖了该空间环境的所有相关方面 ， 以及如何最好地将地面研究转化为飞行结果和从以前的实验中吸取的教训。一名宇航员在 2014 年底执行 ISS 操作以支持啮齿动物研究 - 1 验证飞行。微重力科学 Glovebox 用于接收在人类安乐死后从动物访问单元 （ 背景为蓝色单元 ） 中取出的小鼠。组织被收获 ， 冷冻并运输到地球进行分析。(图片来源:NASA)3 44 1. 微重力,2. 极端条件3. 低地球轨道5国际空间站研究环境的独特特征1.微重力失重或失重改变了物理和生命科学中许多可观察到的现象。受微重力影响的系统和过程包括表面润湿和界面张力，多相流和传热，多相系统动力学，凝固以及火灾现象和燃烧。微重力诱导了从细菌到人类的生物体的大量变化，包括。基因表达的整体改变和细胞三维聚集成组织样结构。2.极端条件在国际空间站的空间环境中 ， 包括暴露于极端的高温和低温循环 ， 超真空 ， 原子氧和高能辐射。对暴露在这些极端条件下的材料进行测试和鉴定提供了数据 ， 使人们能够制造在地球上以及世界上最先进的卫星和航天器部件中使用的长寿命可靠部件。3. 低地球轨道倾斜 51 度和 90 分钟的轨道为国际空间站提供了一个独特的有利位置 ， 高度约为 240 英里 （ 400 公里 ） ， 轨道路径超过地球人口的 90 ％ 。与典型的地球遥感卫星的太阳同步轨道相比 ， 这可以提供更高的空间分辨率和可变的照明条件。5 目录微重力作为研究工具 ： 使用 ISS 作为实验室7太空中的啮齿动物9国际空间站啮齿动物研究国家实验室的机遇9航天飞机和国际空间站啮齿动物微重力研究的结果11经验教训14啮齿动物栖息地设施 ： 如何选择和使用它们16啮齿动物栖息地 ： 国际空间站上的住房16啮齿动物运输车 - 交付给国际空间站18动物进入组 (AAU) - 国际空间站上的啮齿动物进入 / 转移19实验支持设施 ： ISS 上的能力20样品保存和样品返回22独特的实验设备23啮齿动物研究 ISS 操作场景24国际空间站的发展与飞行研究26进行太空研究 ： 国际空间站的环境条件26微重力26辐射暴露26环境气体浓度和压力27国际空间站上的实验住宿27开发你的太空飞行实验28主要研究者的角色和职责28实施团队的角色和职责28航天实验的定义、文档和测试29航天实验要求的制定29科学地面测试29地面控制30硬件生物相容性测试30项目综合测试30进行太空飞行实验 ： 有效载荷飞行操作31NASA 的安全政策32飞行安全32地面安全32动物福利33融资机会 / 联系点33引文34Appendix37动物外壳模块 (AEM) ： 简史37最近的啮齿动物飞行实验37首字母缩略词416 微重力作为一种研究工具 ： 使用国际空间站作为实验室国际空间站提供了一个独特的环境，可以在其中研究微重力和空间环境对各种生物的影响。啮齿动物 （ 大鼠和小鼠 ） 是最常用于研究太空基本生物过程的动物模型 ： 主要是大鼠，其次是小鼠。国家研究委员会 （ NRC ） 2011 年十年期调查报告，题为 “为太空探索重新夺回未来 ： 新时代的生命和物理科学研究 ” （ http ： www 。午睡。教育 / 目录 / 13048 。html) 解决了啮齿动物研究模型的重要性。该报告指出 ： “现在已经认识到，微重力环境的居住对本质上造成了潜在的有害后果。身体的所有器官系统。“鉴于人类宇航员和宇航员通常在国际空间站上花费 180 天或更长时间，这段时间代表了啮齿动物寿命的很大一部分。太空中啮齿动物的研究对于推断人类在太空中生活的影响是有用和重要的，还有更多的工作要做 (国家研究委员会 [U.S.]，2011) 。一个例子是利用当前技术，例如在飞行实验中使用基因工程小鼠来研究暴露于微重力期间发生的骨丢失的分子机制，以进行可能的药理学干预。NASA 对能够更好地了解遗传，分子和细胞水平的稳态机制如何整合以调节生理系统或全动物水平对太空飞行的适应性的研究特别感兴趣。图 1. 任务专家 Dan Barry 检查生理和解剖学啮齿动物实验 / 美国国立卫生研究院啮齿动物实验的状态太空运输系统 （ STS ） - 72 在中甲板上进行动物外壳模块。7 8The NRC Decadal Survey Report serves as guidance for research goals and a map to part the path forward. The following is an excerpt from a recent NASA Research Agreement (NRA; NASA, 2013) refercing this path:与啮齿动物研究相一致的年代际调查中确定的代表性研究领域包括 ：•骨量调节的特定机制。•重力变化过程中调节骨骼肌蛋白质平衡的基本机制。•骨折修复和伤口愈合。•关于骨丢失的保存和可逆性的长期研究 ， 包括临床开发中的新骨质疏松症药物的评估。•感觉运动和神经机制。•空间飞行对哺乳动物生理学 （ 即微重力 ， 辐射 ， 封闭系统 ） 的综合环境因素的长期研究。•长期暴露于卸载或空间环境的其他因素后恢复。•长期暴露于卸载或空间环境的其他因素对发育 ， 繁殖和衰老过程的影响。•微重力对心血管系统和液体平衡的影响。应优化用于拟议研究的啮齿动物物种和菌株的选择 ， 以测试特定的假设。还应考虑结果的难易程度 ， 这些结果可以有助于更广泛的系统级理解由于重力卸载以外的原因而引起的生理变化和微重力 ， 例如压力 ， 伤害和疾病。在可能的情况下 ， 提案者应考虑使用标准化的微重力类似物和超重力模型来解决提出的假设 ， 例如后肢卸载 ， 其他废弃模型和离心 （ Morey - Holton 和 Globus ， 2002 年 ） 。 9同行与技术审查原则调查员选择招标 （ NSPIRES ， CASIS ）太空中的啮齿动物国际空间站啮齿动物研究国家实验室的机遇NASA NRA 是通过 NASA 征集和提案综合审查和评估系统 （ NSPIRES ） 管理的。这个基于网络的系统通过同行审查和选择过程 （ http: / / nspires. nasaprs. com / external / index. do ） 从征集公告发布开始为 NASA 研究提供支持。NASA 对研究项目的选择以国家研究委员会 2011 年十年期调查报告的建议为指导，该报告题为 “为太空探索重新夺回未来 ： 新时代的生命和物理科学研究 ” （ http ： www 。午睡。教育 / 目录 / 13048 。html).NASA 制定的 “基础空间生物学科学计划 ” 根据 NRC 的建议以及可用的飞行和财政资源提供了实施策略和路线图 （ http ： / / www 。asa.gov / exclsio / library / esmd _ docmets.html).空间科学促进中心 （ CASIS，http ： / / www 。iss - casis.org / Home.aspx)，它管理研究人员对 ISS U 的访问S.国家实验室 （ NL ） 。除了确定研究和技术开发的目标领域的正式提案请求外，CASIS 还促进并接受来自任何美国的未经请求的提案。S.来自其他美国的学术或商业调查员和调查员S.政府机构在任何时候。CASIS 的研究项目选择是由 CASIS 任务指导的，目的是使 ISS 国家实验室成为科学发现，技术开发和教育的独特平台，以造福地球生命。图 2 ： 为 NASA 的研究机会提交的提案经过科学和技术审查。下面确定了一些资源，这些资源对于计划通过动物模型向 ISS 上的 NASA 和 / 或 CASIS 提出实验的研究人员特别有用，包括啮齿动物研究。引用部分提供了参考来源。此外，调查人员可以联系 CASIS，以获取有关飞行研究机会和飞行资源的其他信息，以支持国际空间站国家实验室的啮齿动物研究。 10A detailed catalog of previous, current, and proposed experiments, facilities, and results, including investigators information, research summaries, operations, hardware information, and related publications is available at www. nasa. gov / iss - science through以前由 NASA 人类探索和行动任务局空间生命和物理科学研究与应用司支持的研究可以在其部门 “任务簿 ” 中以可搜索的在线数据库格式位于 ： https: / / taskbook. nasaprs. com / Publication / welcome. cfm 。在线 NASA 研究公告指南（ NASA ， 2013 年 ） 。有关啮齿动物航天实验的信息可以在以下出版物中找到 ：《空间生物学基础 ： 空间中的细胞、动物和植物研究》 （ Cl é met 和 Sleza，2006 年 ） 。作者对空间生物学进行了全面的概述，并提供了有关不同生物和研究问题的解释和背景。本书还包括实验硬件，设施和不同的航天器和平台的描述，以及辐射生物学一章。空间动物模型实验，空间生物学和医学系列进展第 10 卷 （ Soefeld，2005 年 ） 。此评论文章集涵盖了各种动物，包括啮齿动物。重要的是，讨论了基于地面的啮齿动物后肢卸载模型。还提到了用于免疫学研究的小鼠感染模型和啮齿动物作为研究太空飞行骨骼效应的模型。Nerolab: Fial Report for the NASA Ames Research Ceter Payload (Maese ad Ostrach, 2002).神经实验室 Spacelab 任务于 1998 年在哥伦比亚号航天飞机 （ STS - 90 ） 上飞行，作为最后一次 Spacelab 任务，其中包括专注于神经科学的人类和动物实验。本报告主要侧重于科学，但也包括硬件和飞行操作的概况，并包括整个经验教训 （ 问题和建议的解决方案 ），包括国际空间站时代的一些建议。Nerolab 接受了 12 项啮齿动物研究，其中三项是在啮齿动物的前体动物外壳模块 （ AEM ） 中进行的。Habitat profiled below (als