Progetto APHRODITE: la tecnologia lab-on-chip italiana debutta sulla ISS

Alcune settimane fa, presso l’European Astronaut Centre di Colonia, si è svolta una sessione tecnica in preparazione dell’esperimento APHRODITE, che sarà realizzato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. La professoressa Mara Mirasoli e il suo team di ricercatori del Tecnopolo di Rimini hanno affiancato l’astronauta ESA Sophie Adenot per un incontro dedicato alla familiarizzazione con il dispositivo analitico sviluppato dal team composto dal Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Università di Bologna, dalla Scuola di Ingegneria Aerospaziale della Sapienza Università di Roma e da Kayser Italia Srl.

Professoressa Mirasoli, recentemente avete presentato il dispositivo a Colonia: com’è andata la sessione di familiarizzazione con l’astronauta Sophie Adenot?

La sessione tecnica presso l’European Astronaut Centre di Colonia è stata un momento molto positivo e fondamentale. Abbiamo affiancato l’astronauta ESA Sophie Adenot in un incontro dedicato alla familiarizzazione con il dispositivo analitico, permettendo di verificare concretamente l’utilizzo dello strumento in vista della sua operatività a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Questo passaggio rappresenta una tappa chiave nella preparazione dell’esperimento APHRODITE.

Esiste un legame tra chimica e ingegneria: in che modo siete riusciti a trasformare un complesso protocollo di laboratorio in uno strumento compatto e sicuro per l’ambiente critico dello spazio?

Il progetto APHRODITE dimostra quanto chimica e ingegneria siano strettamente connesse. Il lavoro del team ha permesso di tradurre protocolli di laboratorio complessi in un sistema compatto e affidabile, capace di rispondere alle rigorose esigenze operative e di sicurezza delle missioni spaziali. Questo risultato è stato possibile grazie al supporto dell’Agenzia Spaziale Italiana, all’integrazione di competenze altamente specialistiche e a una collaborazione sinergica tra Università ed industria e tra ambiti disciplinari diversi. In particolare, il raggiungimento dell’obiettivo è frutto del lavoro congiunto del Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”, della Scuola di Ingegneria Aerospaziale della Sapienza Università di Roma e di Kayser Italia Srl.

Il cuore di APHRODITE è la tecnologia lab-on-chip: quali sono le sfide scientifiche più grandi che il vostro team ha vinto per garantire analisi diagnostiche precise in assenza di gravità?

La principale sfida è stata sviluppare un sistema basato sulla tecnologia lab-on-chip capace di effettuare analisi diagnostiche direttamente in orbita, in un ambiente caratterizzato da microgravità e da vincoli operativi estremamente stringenti. Il dispositivo è stato progettato per garantire elevati livelli di precisione, affidabilità e sicurezza, superando le difficoltà legate all’adattamento delle analisi chimiche a un contesto spaziale. In particolare, è stato necessario integrare i protocolli analitici sviluppati dal gruppo del Dipartimento Ciamician con una piattaforma microfluidica ed elettronica appositamente progettata per operare in condizioni di microgravità, frutto della collaborazione con la Scuola di Ingegneria Aerospaziale della Sapienza Università di Roma. Questa integrazione ha richiesto un intenso lavoro congiunto di ottimizzazione tra componenti chimiche, materiali e sistemi di controllo. Un requisito fondamentale che ha guidato la progettazione è stato il massimo risparmio delle risorse disponibili a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Analogamente a quanto avviene per le applicazioni terrestri, una delle sfide principali è infatti ridurre il consumo di materiali e la produzione di scarti, limitando lo spreco di risorse. Per questo motivo il dispositivo è stato sviluppato secondo un’ottica di riutilizzo: le analisi vengono effettuate sulla stessa piattaforma, sostituendo esclusivamente i reagenti coinvolti nel riconoscimento degli analiti di interesse.

Quanto è stato determinante poter contare sulle infrastrutture e sui laboratori del Tecnopolo di Rimini per preparare un esperimento che rispetti i rigorosi standard del progetto?

Il contributo del Tecnopolo di Rimini è stato determinante. Grazie alle sue infrastrutture avanzate e ai laboratori dedicati alla ricerca e all’innovazione in chimica analitica, il Dipartimento Ciamician ha potuto svolgere un ruolo chiave nello sviluppo dei protocolli di analisi, nel fornire i requisiti scientifici ed operativi per la progettazione del dispositivo e nel testare le sue prestazioni. Queste competenze e strutture hanno reso possibile la preparazione di un esperimento all’altezza degli standard richiesti per le missioni spaziali.

E ora, dopo il passaggio a Colonia, quali sono le prossime tappe?

Dopo la sessione di familiarizzazione a Colonia, il progetto entra in una fase cruciale di avvicinamento alla realizzazione dell’esperimento a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Le attività proseguiranno con il coordinamento dell’Agenzia Spaziale Italiana, con l’obiettivo di completare la preparazione operativa del sistema APHRODITE per il suo impiego in orbita. Il 13 febbraio, con il lancio Crew 12 da Cape Canaveral, l’astronauta Sophie Adenot ed il dispositivo APHRODITE hanno raggiunto la Stazione Spaziale Internazionale, pronti per eseguire il primo esperimento nei prossimi giorni.

Info sul team di ricerca che affianca la Prof. Mirasoli: Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician”

I professori Massimo Guardigli, Martina Zangheri e Donato Calabria hanno affiancato la professoressa Mirasoli nella progettazione del dispositivo analitico, mettendo a disposizione le loro competenze nello sviluppo di saggi biospecifici con rivelazione in chemiluminescenza per la rivelazione di analiti di interesse chimico-clinico in campioni biologici. Un contributo fondamentale alla messa a punto sperimentale delle analisi è stato inoltre fornito dalle dottorande Seyedeh Rojin Shariati Pour e Afsaneh Emamiamin.

Scuola di Ingegneria Aerospaziale della Sapienza Università di Roma: Il gruppo del Prof. Augusto Nascetti ha contribuito attraverso la progettazione e realizzazione del dispositivo lab-on-chip (piattaforma microfluidica e optoelettronica) che implementa i protocolli analitici messi a punto da UNIBO. Ha inoltre curato i sistemi di controllo e acquisizione dati, lo sviluppo del software utilizzato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale e partecipato alle attività di integrazione e validazione per la compatibilità con i requisiti della missione. Alla fabbricazione del chip ha contribuito il gruppo del Prof. Domenico Caputo (Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione Elettronica e Telecomunicazioni, Sapienza Università di Roma), responsabile dei processi di micro-fabbricazione a film sottile del lab-on-chip.

Kayser Italia Srl: Kayser Italia S.r.l. è un'azienda leader nel settore dell'ingegneria dei sistemi aerospaziali con sede a Livorno, specializzata nella progettazione, sviluppo e collaudo di strumenti per la ricerca scientifica in microgravità. Ha partecipato a oltre 80 missioni spaziali con più di 120 payload portati in orbita. In particolare hanno partecipato al progetto Aphrodite, occupandosi degli aspetti di spazializzazione e realizzazione del dispositivo di volo.

L’ASI ha finanziato e supportato il progetto sia in modo diretto, sia attraverso il supporto industriale fornito da ALTEC SpA nell’ambito del contratto “UTISS 3”; tale supporto ha riguardato essenzialmente l’interazione con la NASA per l’integrazione a bordo della ISS dell’esperimento, e in particolare la gestione delle safety review.