Microlaboratorios biotecnológicos de la NASA:
chips microfluídicos con órganos y levaduras en las misiones Artemis

Tema: La exploración espacial se convierte en una oportunidad innovadora para estudiar cómo responden los organismos vivos y las células humanas a las condiciones del espacio con el fin de proteger la salud de los astronautas en misiones cada vez más largas y lejanas de la Tierra, dando a su vez un paso adelante hacia la medicina del futuro.

1. Introducción 

El Programa Artemis es una iniciativa de la NASA cuyo objetivo es regresar a los humanos a la superficie lunar y sentar las bases para futuros viajes tripulados a Marte. Uno de los principales desafíos para cumplir la misión es la exposición de los astronautas a la radiación del espacio profundo y a la microgravedad por tiempo prolongado. Esto resulta peligroso porque, de acuerdo con el Programa de Investigación Humana (NASA, 2026a), la radiación espacial es extrema y, por tanto,  puede dañar el ADN y afectar los mecanismos de reparación celular. Dependiendo del tiempo de exposición, la gravedad del daño y la capacidad de la célula para repararlo, puede aumentar el riesgo de cáncer y enfermedades degenerativas. Por su parte, la permanencia prolongada “flotando” en microgravedad debilita los músculos y los huesos, afecta el sistema cardiovascular y altera la visión y el equilibrio. 

Si hablamos de salud, es lógico concentrarse en el sistema inmune. Como se mencionó antes, la radiación daña el ADN de las células, incluidas las células del sistema inmune. Este daño puede alterar su función, detener la división celular o inducir su autodestrucción (apoptosis). Por su parte, la microgravedad altera la producción de los glóbulos blancos en la médula ósea, afecta su movilidad y altera la comunicación mediada por citoquinas (pequeñas moléculas que actúan como mensajeros entre las células y que coordinan su respuesta). En conjunto, la radiación y la microgravedad provocan que el sistema inmune pierda su equilibrio y que responda de forma insuficiente o exagerada. En consecuencia, se ha observado que los astronautas presentan un mayor riesgo de infecciones y de reactivación de virus latentes como el herpes, así como reacciones alérgicas y respuestas inmunes anormales como alteraciones en la cicatrización e inflamación. Estos efectos han sido estudiados principalmente en la Estación Espacial Internacional (EEI), que se encuentra en la órbita terrestre baja a unos 400 km de la Tierra, y en laboratorios terrestres. 

El programa Artemis ofrece una oportunidad extraordinaria para analizar los riesgos en condiciones reales probando dispositivos que serán clave para la futura exploración espacial. Para ello, durante las misiones Artemis I y II se enviaron varios microlaboratorios que contienen experimentos biológicos miniaturizados diseñados para estudiar con altísima precisión los efectos de las condiciones del espacio profundo en los seres vivos. Estos microlaboratorios son en realidad dos tipos de dispositivos microfluídicos (Krakos, 2024), es decir, pequeños chips o tarjetas de plástico transparente que funcionan moviendo pequeñas cantidades de líquidos (microfluidos) a través de una red de microcanales grabados en el plástico (Fig. 1 y 2).

Figura 1. Dispositivo microfluídico (lab-chip) del satélite BioSentinel lanzado con la misión Artemis I y diseñado por el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California para estudiar el impacto de la radiación del espacio profundo en levaduras. Una vez en órbita, el crecimiento y la actividad metabólica de las levaduras se medirían usando un sistema de detección óptico de tres colores y un colorante que provee una lectura de la actividad celular de la levadura. Aquí, los pozos rosas contienen levaduras creciendo activamente que volvieron el colorante de azul a rosa. Crédito: NASA/Dominic Hart.

Figura 2. Dispositivo microfluídico del tipo organ-on-a-chip (organ-chip) con células de médula ósea para experimentos biomédicos de la misión AVATAR en Artemis II. Crédito: Emulate Inc.

1. BioSentinel: un laboratorio en un chip para estudiar la radiación espacial

En la nave Orion de la misión Artemis I, lanzada en noviembre de 2022, se incluyó como carga secundaria un satélite modular tipo CubeSat del tamaño de una caja de cereal (Fig. 3). El satélite, nombrado BioSentinel igual que la misión científica (NASA, 2025), fue liberado durante la separación del módulo de adaptación del cohete e inició su camino independiente para dirigirse a una órbita alrededor del Sol similar a la nuestra. El Biosentinel incluía un módulo llamado Biosensor que contenía 18 dispositivos microfluídicos idénticos, del tamaño aproximado de una tarjeta de crédito, a los que llamaremos lab-chip, otros componentes para la automatización del experimento y sistemas ópticos de detección.

Figura 3. Ilustración del satélite CubeSat de la misión BioSentinel volando junto a la luna y entrando en una órbita alrededor del Sol parecida a la nuestra para realizar un estudio sobre los efectos de la radiación del espacio profundo en un organismo vivo como la levadura Saccharomyces cerevisiae. Crédito: NASA/Daniel Rutter.

Lejos de la Luna y la Tierra, los lab-chip se irían activando  a lo largo de seis meses para estudiar cómo la radiación espacial afecta a un organismo vivo después de distintos tiempos de exposición (dosis acumulada). El organismo seleccionado para este estudio fue la levadura Saccharomyces cerevisiae. Esta levadura, comúnmente utilizada para hacer pan y cerveza (de ahí su nombre), es un organismo modelo, es decir, un organismo ampliamente utilizado en la investigación científica para comprender procesos biológicos que pueden aplicarse a otras especies, incluidos los humanos. En este caso, la levadura y nosotros compartimos mecanismos de reparación del ADN similares. Gracias a esto, al observar cómo la radiación espacial afecta a la levadura, los científicos pueden inferir qué pasaría con las células humanas. 

En los lab-chip, la levadura viaja deshidratada en estado latente (viva pero inactiva) dentro de cámaras circulares comunicadas con microcanales a través de los cuales, de forma autónoma y controlada, se conducen pequeños volúmenes de nutrientes que hidratan, activan y alimentan a la levadura mientras permanece expuesta a la radiación del espacio profundo acumulando daños. Para evaluar la afectación de la radiación sobre el crecimiento y metabolismo de la levadura, se incluyó un colorante que tiene la particularidad de cambiar de azul a rosa a medida que las células consumen los nutrientes y generan productos de la fermentación. El módulo también incluyó un sistema de detección que permite registrar la intensidad de ese cambio. Esta intensidad es proporcional a la actividad metabólica de la levadura, es decir, mientras más intensa sea la actividad, más rosa se tornará el medio.

El experimento debía incluir controles para comparar y poder atribuir lo observado a la variable evaluada. Para ello, se utilizaron dos cepas (grupos de la misma especie con diferencias genéticas particulares) de la levadura S. cerevisiae, una normal (control) y otra mutante defectuosa para reparar el ADN  (rad51∆). Si ambas cepas se vieran afectadas por igual, el efecto observado no dependería principalmente de la capacidad para reparar el ADN, en cambio, si la cepa defectuosa presentara más daño que la normal, el daño se atribuiría a la acción de la radiación sobre el ADN. Además, se activaron dos lab-chips iguales en la Tierra como control de comportamiento con gravedad terrestre y en ausencia de radiación espacial extrema, y uno más en la EEI, donde hay microgravedad similar a la del biosentinel pero con muchísima menos radiación. Estos controles permiten separar el efecto de la microgravedad del efecto de la radiación.

Luego de activar los primeros lab-chips, no se recibió señal de actividad. Después de descartar fallas técnicas, el equipo de la NASA concluyó que la levadura transportada durante la misión Artemis I caducó debido a que el lanzamiento de la misión se retrasó por varios años. En ciencia, a pesar de que un experimento no funcione exactamente como se planeó, no necesariamente se considera un fracaso. Por ejemplo, a pesar de no conseguir los datos esperados, el dispositivo demostró que puede operar de forma autónoma en el espacio profundo, lo cual era el principal objetivo de la misión. Además, el satélite BioSentinel incluía un espectrómetro de transferencia lineal de energía, que es un equipo que mide cuánta radiación se recibe (dosis acumulada) y de qué tipo (por ejemplo, protones del Sol), que se aprovechó para enviar información valiosa para futuras misiones. 

1. AVATAR: órganos en un chip para estudiar la respuesta de los astronautas

Para la segunda misión del programa Artemis se diseñó un dispositivo microfluídico más sofisticado, del tipo órgano en un chip (organ-on-a-chip, en inglés u organ-chip), que permite simular el funcionamiento de un órgano o tejido en miniatura. Estos organ-chip, de aproximadamente el tamaño de una memoria usb, recrean la interacción tejido-vaso sanguíneo (Fig. 2). Esta tecnología forma parte del proyecto AVATAR, que es un acrónimo de A Virtual Astronaut Tissue Analog Response (Respuesta de un Análogo de Tejido de un Astronauta Virtual, en español). El término resulta ingenioso ya que, tecnológicamente hablando, un avatar es una representación de una persona en otro entorno, como en los mundos virtuales o videojuegos. Para crear su “avatar biológico” gemelo, cada uno de los cuatro astronautas  donó sangre de la que se obtuvieron células precursoras para cultivar médula ósea en el laboratorio. Esta se colocó junto a células de vasos sanguíneos y otras células de soporte dentro de los microcanales para imitar la estructura y función de la médula ósea en los chips personalizados, lo que permite estudiar la respuesta a la radiación y microgravedad de cada tripulante sin experimentar directamente con sus cuerpos (NASA, 2026b). 

La decisión de utilizar células de la médula ósea como modelo experimental se debió a que es un tejido de rápida proliferación y a que está directamente relacionado con el sistema inmune, pues se encarga de producir los glóbulos blancos (además de glóbulos rojos y plaquetas), que a la postre son muy sensibles al daño por radiación y microgravedad. 

Para el experimento, los organ-chips personalizados fueron enviados a bordo de la cápsula Integrity junto a los astronautas. Ambos permanecieron expuestos a las mismas condiciones del espacio durante toda la misión. A lo largo de ese tiempo, un sistema automático (Fig. 4) suministró a los chips los nutrientes y las condiciones necesarias para mantener vivas a las células. Después de regresar a la Tierra, los chips fueron entregados a los científicos de la empresa biotecnológica Emulate y del Wyss Institute de la Universidad de Harvard, quienes desarrollaron y prepararon los chips para que estudiaran miles de células individualmente mediante un análisis llamado secuenciación de ARN de célula única (single-cell RNA sequencing, en inglés). La secuenciación es una técnica que permite leer el material genético (ADN o ARN). Cada célula de una persona tiene el mismo ADN con los mismos genes, pero no todos están activos al mismo tiempo. Cuando un gen está activo, produce ARN, que es una copia de ese gen que la célula utiliza para fabricar proteínas o regular procesos celulares. Al secuenciar el ARN, los científicos podrán saber qué genes asociados al sistema inmune y a la reparación del daño al ADN están activos o apagados en cada célula. Ese patrón de encendido y apagado (expresión génica) ayudará a entender qué está pasando dentro de cada célula. Analizarlas una por una permite detectar cambios, daños o adaptaciones biológicas con mucho detalle, a un nivel al que podrían pasar desapercibidos si se analizan muchas células juntas. Los datos resultantes serán comparados con los obtenidos de réplicas idénticas de organ-chips (controles) que se mantuvieron en la Tierra simultáneamente con la misión y con pruebas médicas que se tomaron a los astronautas antes y después del vuelo. El pasado mes de junio, la NASA informó que los organ-chips ya se están analizando, pero aún no se presentan resultados.

Figura 4. Sistema de soporte autónomo para los organ-chip de la misión AVATAR que opera independientemente con baterías junto a los astronautas la cápsula Integrity de la misión Artemis II. Crédito: Space Tango.

1.  Al infinito y más acá

Los dispositivos microfluídicos utilizados tienen muchas ventajas para la NASA: trabajan con volúmenes minúsculos ahorrando recursos y valioso espacio, funcionan automáticamente evitando errores humanos, sin operadores especializados y sin ocupar el atareado tiempo de los astronautas para los experimentos. Sin duda, son considerados clave para la futura exploración espacial. Tanto es así que una versión modificada del BioSensor con sus lab-chips formará parte del Instrumento de Exploración Lunar para Aplicaciones de Biología Espacial (Lunar Explorer Instrument for Space Biology Applications, en inglés) que se enviará al Polo Sur Lunar en una misión comercial de la NASA para continuar con los experimentos con levaduras (NASA, 2023). 

Por su parte, otros chips de pulmones, corazón, riñones, tejidos intestinales y barrera hematoencefálica han sido evaluados en la EEI como parte del proyecto Chips de Tejido en el Espacio (Tissue Chips in Space, en inglés), una iniciativa gubernamental de los Estados Unidos, en conjunto con la NASA y diversas instituciones científicas públicas y privadas (NCATS, 2024). La intención es estudiar las consecuencias de la microgravedad en el cuerpo humano y evaluar tratamientos y medicamentos para combatirlas. Esto es de gran interés para las agencias gubernamentales implicadas, así como la industria farmacéutica y biotecnológica, debido a que los efectos negativos de permanecer en microgravedad, como pérdida de músculo, osteoporosis, deterioro cardíaco, disminución de la capacidad pulmonar, deficiencias del sistema inmune, etc. se parecen al proceso de envejecimiento, por lo que, la microgravedad es una especie de “acelerador del envejecimiento” que permite estudiar en días o semanas lo que tomaría meses o años en la Tierra. En esta iniciativa, los organ-chip ofrecen la ventaja de representar órganos humanos que pueden latir como un corazón (ver video de Fig. 5), respirar como un pulmón o metabolizar como un hígado, permitiendo realizar experimentos y manipulaciones que podrían no ser viables de hacerse en humanos por razones éticas o prácticas. La información obtenida y los tratamientos probados podrían beneficiar tanto a astronautas como a personas en la Tierra, una prueba más de que históricamente los programas espaciales han impulsado la innovación tecnológica que termina beneficiando a la humanidad. 

Figura 5. Fotograma extraído de un GIF que muestra los latidos de tejido cardíaco modificado en 3D dentro de un chip de tejido. Créditos: Stanford/Bioserve. Ver en: https:www.nasa.gov/humans-in-space/hearts-airlocks-and-asteroids-new-research-flies-on-21st-spacex-cargo-mission/

La iniciativa Chips de Tejido en el Espacio 2.0 ya está en marcha. Esta busca conectar múltiples chips de órganos diferentes que permitan representar las interacciones del organismo. A largo plazo, la idea es acercarse al concepto de un  “humano en un chip" que podría contribuir a predecir cómo reaccionaría el cuerpo de cada astronauta incluso antes de viajar y al desarrollo de medicina personalizada (NCATS, 2026). 

Por ahora, en la Tierra, estos chips microfluídicos que surgieron en instituciones académicas (universidades y centros de investigación) y fueron transferidos a la industria privada se están utilizando para realizar investigación científica, pruebas de fármacos sin animales, diagnóstico clínico y medicina personalizada. Estas aplicaciones también beneficiarán a los astronautas, pues podrían servir para el monitoreo de su salud en tiempo real, ayudando a decidir tratamientos durante la misión, acercando el laboratorio clínico al astronauta y no al revés. 

El siguiente “gran paso para la humanidad” será convertir esta tecnología en herramientas habituales para la investigación espacial y la salud de los astronautas, así como impulsar su popularización en la Tierra para beneficiar a quienes permanezcan en ella.

1. Literatura citada

Krakos, A. (2024). Lab-on-chip technologies for space research-Current trends and prospects. Microchimica Acta, 191, 31. https://doi.org/10.1007/s00604-023-06084-4

National Aeronautics and Space Administration. (2025, noviembre 21). What is BioSentinel? https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/ames/what-is-biosentinel/

National Aeronautics and Space Administration. (2023, julio 26). NASA selects new instruments for priority Artemis science on Moon. NASA. https://www.nasa.gov/news-release/nasa-selects-new-instruments-for-priority-artemis-science-on-moon/

National Aeronautics and Space Administration. (2026a, marzo 4). Human Research Program https://humanresearchroadmap.nasa.gov/risks/risk.aspx?i=85

National Aeronautics and Space Administration. (2026b, mayo 18). A virtual Astronaut Tissue Analog Respose https://science.nasa.gov/biological-physical/ investigations/avatar/#Organ-Chips

National Center for Advancing Translational Sciences. (2026, abril 22). Tissue chips in space. National Institutes of Health. https://ncats.nih.gov/research-activities/tissue-chip/projects/space

National Center for Advancing Translational Sciences. (2024, abril 22). Tissue chip frequently asked questions. National Institutes of Health. https://ncats.nih.gov/research-activities/tissue-chip/faq