APHRODITE, l’esperimento diagnostico italiano sulla ISS

Il 14 febbraio scorso gli astronauti statunitensi Jessica Meir e Jack Hathaway, la francese Sophie Adenot e il russo Andrej Fedjaev, hanno raggiunto la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) con la Crew Dragon di SpaceX (Crew-12). Il quartetto abiterà nell’avamposto orbitante probabilmente fino al mese di ottobre, dove prenderà parte alle missioni di lunga durata Expedition 74-75.
Nella capsula Freedom, oltre agli oggetti personali, c’era anche l’esperimento APHRODITE (Autonomous PHotosensing Reusable Onboard Device for Immunological Tests Execution). Si tratta di un progetto di ricerca finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e realizzato da una collaborazione tra la Scuola di Ingegneria Aerospaziale (SIA) dell’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, il Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna e l’azienda livornese Kayser Italia.

APHRODITE è un dimostratore tecnologico compatto, non invasivo e con risposta immediata, ideato per l’analisi quantitativa dei fluidi biologici, in particolare la saliva, durante le missioni spaziali di lunga durata.
Nei prossimi mesi un astronauta si presterà come soggetto campione per caratterizzare alcuni particolari biomarcatori salivari, cortisolo e deidroepiandrosterone, indicatori di alterazioni del sistema immunitario e del livello di stress.

Per l’occasione presentiamo una breve intervista con un membro del gruppo di persone che ha sviluppato l’esperimento: il Capitano dell’Aeronautica Militare Lorenzo Nardi, ingegnere aerospaziale con molteplici specializzazioni e all’ultimo anno di Dottorato alla Scuola di Ingegneria Aerospaziale della “Sapienza” dove, fin dall’inizio, ha partecipato al progetto APHRODITE.

---

AN: Lorenzo, ci puoi descrivere il vostro esperimento e come si è evoluto rispetto al precursore IN SITU Bioanalysis utilizzato da Paolo Nespoli durante la missione VITA nel 2017?

LN: APHRODITE è un esperimento italiano attualmente sulla ISS, il cui obiettivo è la dimostrazione tecnologica di un dispositivo diagnostico portatile basato su un lab-on-chip (LOC) in grado di quantificare fino a due molecole target in microgravità. I punti di forza di questa tipologia di apparecchiatura sono la sua riutilizzabilità e riconfigurabilità in quanto, cambiando la cartuccia dove viene raccolto il campione e che contiene i reagenti chimici, può rilevare diverse molecole definite.
Gli esperimenti che verranno effettuati a bordo consistono nel monitorare lo stato del sistema immunitario degli astronauti attraverso l’analisi dei biomarcatori presenti nella saliva, considerando che l’ambiente spaziale, tra microgravità, radiazioni e stress operativo, può sicuramente influenzare in modo significativo la risposta immunitaria.
Il campione viene prelevato tramite un sistema OFSE (Oral Fluid Sampling Element), costituito da un tampone in cellulosa e da un meccanismo che permette il trasferimento controllato della saliva dal tampone alla cartuccia analitica, dove avviene l’analisi su piattaforma miniaturizzata di tipo LOC. Il cuore del progetto è stato lo sviluppo del dispositivo di analisi, delle cartucce monouso e dei protocolli operativi, progettati fin dall’inizio per rispettare i rigorosi requisiti dell’ambiente della stazione spaziale, in particolare in termini di sicurezza per l’equipaggio, contenimento dei fluidi, affidabilità, compatibilità con i moduli di bordo e semplicità d’uso in microgravità.
APHRODITE rappresenta quindi un passo importante verso i sistemi di diagnostica autonoma nello spazio, riducendo la necessità di riportare campioni sulla Terra e aprendo la strada a soluzioni fondamentali per missioni di lunga durata verso la Luna e Marte, con potenziali ricadute applicative anche in ambito terrestre, dalla diagnostica rapida al monitoraggio sanitario in contesti remoti. Rispetto ad IN SITU, APHRODITE introduce un livello di miniaturizzazione più spinto, una maggiore automazione delle operazioni, una migliore integrazione elettronica e di controllo, una progettazione orientata all’uso ripetuto, alla riconfigurabilità e alla robustezza operativa.
In sintesi, APHRODITE non è solamente un’evoluzione tecnologica, ma un salto concettuale verso strumenti scientifici sempre più autonomi e compatti per la ricerca e la diagnostica in orbita.

AN: APHRODITE verrà utilizzato in cinque sessioni a un mese di distanza l’una dall’altra. Quale astronauta sarà coinvolto nell’esperimento?

LN: La serie di analisi svolte a cadenza mensile consentiranno di osservare la metamorfosi dei parametri biologici oggetto di studio. L’astronauta che si occuperà di APHRODITE sarà Sophie Adenot, che ha già effettuato due sessioni di test il 24 e 25 febbraio scorsi. Le sessioni verranno condotte all’interno del modulo europeo Columbus, che offre l’infrastruttura ideale per esperimenti scientifici controllati e ripetibili.
Questa pianificazione multi-sessione è fondamentale per passare da dimostrazioni di fattibilità a dati scientificamente significativi, soprattutto in un ambiente complesso come la microgravità. Il punto di forza del dispositivo è la totale automazione, gli esperimenti infatti possono essere processati in modalità autonoma: l’astronauta preleva il campione e lo inserisce nella cartuccia, poi carica quest’ultima nel dispositivo e avvia l’analisi tramite l’interfaccia grafica sul computer portatile. Qualche ora dopo, infine, potrà ripresentarsi in postazione per leggere i risultati.
Ovviamente però, almeno in queste prime sessioni, ci saremo anche noi a monitorare tutta la procedura da remoto.

AN: Hai parlato di tecnologia lab-on-chip, puoi spiegarci di cosa si tratta?

LN: La tecnologia lab-on-chip consiste nell’integrare su un singolo chip, o microdispositivo, funzioni che normalmente richiederebbero un intero laboratorio: preparazione del campione, reazioni chimiche o biologiche, rilevazione e acquisizione dei dati. 
Nel contesto spaziale questo approccio è cruciale perché consente la riduzione drastica di massa e volume, contenimento dei consumi energetici, maggiore affidabilità e ripetibilità e minore carico operativo per l’astronauta. APHRODITE utilizza il concetto di lab-on-chip per portare il laboratorio direttamente dove serve, senza dover riportare i campioni sulla Terra.

AN: APHRODITE oggi e IN SITU ieri, sono derivati da strumenti terrestri già esistenti o sono stati sviluppati da zero proprio per lo spazio, magari anche con un potenziale sfruttamento commerciale terrestre?

LN: Sia IN SITU che APHRODITE sono stati sviluppati specificamente per l’ambiente spaziale, tenendo conto fin dall’inizio dei vincoli molto stringenti a cui sono soggetti: sicurezza, affidabilità, compatibilità con la stazione spaziale e facilità d’uso in microgravità. Come ben sappiamo molte delle soluzioni sviluppate per lo spazio hanno un enorme potenziale di ricaduta terrestre. La miniaturizzazione, l’automazione e l’analisi rapida rendono queste tecnologie estremamente interessanti anche per applicazioni come diagnostica rapida, laboratori portatili e monitoraggio ambientale o sanitario in contesti remoti. 
In questo senso APHRODITE rappresenta un esempio concreto di come la ricerca spaziale possa generare innovazione utile anche sulla Terra, seguendo un percorso inverso rispetto al passato: non adattare strumenti terrestri allo spazio, ma portare soluzioni spaziali nel mondo civile.

AN: Una domanda personale, sei ingegnere aerospaziale, pilota e ricercatore. Potremmo intuire che il tuo obiettivo sia diventare astronauta. Hai partecipato alla selezione ESA del 2021?

LN: Il tema dell’astronautica affascina chiunque lavori nel settore spaziale, ed è naturale che l’idea di volare nello spazio rappresenti un’ispirazione forte per molti di noi. Nel 2021 ho scelto di non partecipare alla selezione ESA: ero ancora in una fase iniziale del mio percorso professionale e non avevo maturato l’esperienza necessaria per affrontare una selezione di quel livello con la solidità richiesta. Oggi sono pienamente concentrato sulle mie attività di volo e di ricerca scientifica, che mi stanno dando enormi soddisfazioni e opportunità di crescita.
Per il futuro non mi pongo limiti: continuo a costruire il mio percorso con passione e dedizione, poi sarà il tempo a dire dove mi porterà.

Nei prossimi mesi seguiremo con interesse l’evolversi dell’esperimento.