Wanneer een Servicelid een traumatisch letsel of een acute infectie oploopt, de tijd tussen de gebeurtenis en de eerste medische behandeling is meestal de belangrijkste factor bij het bepalen van de uitkomst tussen het redden van een leven of niet. Eerstehulpverleners moeten zo snel mogelijk handelen, eerst om de pure overleving van een patiënt te verzekeren en vervolgens om blijvende invaliditeit te voorkomen. Het ministerie van Defensie verwijst naar deze kritische, eerste tijdvenster als het "gouden uur, " maar in veel gevallen kan de kans om succesvol in te grijpen veel minder dan zestig minuten duren, daarom investeert het leger zo veel in het zo snel mogelijk verplaatsen van slachtoffers van het slagveld naar geschikte medische voorzieningen. Echter, vanwege de realiteit van de strijd, er zijn vaak harde grenzen aan de beschikbaarheid van snel medisch vervoer en zorg.

DARPA creëerde het Biostasis-programma om nieuwe mogelijkheden te ontwikkelen om het gouden uur te verlengen, niet door de logistiek of de zorg op het slagveld te verbeteren, maar door achter de tijd zelf aan te gaan, tenminste hoe het lichaam het beheert. Biostasis zal proberen direct tegemoet te komen aan de behoefte aan extra tijd in continu werkende biologische systemen die worden geconfronteerd met catastrofale, levensbedreigende gebeurtenissen. Het programma zal gebruikmaken van moleculaire biologie om nieuwe manieren te ontwikkelen om de snelheid waarmee levende systemen werken te beheersen, en zo de tijdsperiode verlengen na een schadelijke gebeurtenis voordat een systeem instort. Eigenlijk, het concept is bedoeld om het leven te vertragen om levens te redden.

"Op moleculair niveau leven is een reeks continue biochemische reacties, en een bepalend kenmerk van deze reacties is dat ze überhaupt een katalysator nodig hebben, " zei Tristan McClure-Begley, de programmamanager Biostasis. "Binnen een cel, deze katalysatoren komen in de vorm van eiwitten en grote moleculaire machines die chemische en kinetische energie omzetten in biologische processen. Ons doel met Biostasis is om die moleculaire machines te besturen en ze allemaal met ongeveer dezelfde snelheid te laten vertragen, zodat we het hele systeem op een elegante manier kunnen vertragen en nadelige gevolgen kunnen voorkomen wanneer de interventie wordt teruggedraaid of uitgewerkt wordt."

Het programma zal verschillende benaderingen nastreven om biochemische processen in levende cellen te vertragen. Ideaal, deze benaderingen zullen schalen van eenvoudige biologische behandelingen zoals antilichamen tot meer holistische behandelingen die van toepassing zijn op hele cellen en weefsels, uiteindelijk opschalen tot het niveau van een compleet organisme. Succesvolle benaderingen zullen voldoen aan de voorwaarden dat het systeem wordt vertraagd over alle meetbare biologische functies en dat het dit doet met minimale schade aan cellulaire processen wanneer het systeem terugkeert en de normale snelheid hervat.

"Onze behandelingen moeten elk cellulair proces met bijna dezelfde snelheid raken, en met dezelfde potentie en werkzaamheid, "Zei McClure-Begley. "We kunnen behandelingen niet concentreren om slechts een subset van bekende kritieke processen te onderbreken."

Bijvoorbeeld, cellulaire ademhaling is van cruciaal belang voor veel cellulaire processen, maar die andere processen worden niet tegelijk afgesloten als de ademhaling wordt geblokkeerd. De onaangepaste reacties van een dergelijke interventie zouden uiteindelijk de cel doden.

In plaats daarvan, DARPA zoekt naar biochemische benaderingen die de cellulaire energie op eiwitniveau beheersen. Eiwitten zijn de werkpaarden van cellulaire functies, en de natuur biedt verschillende voorbeelden van organismen die eiwitten gebruiken om hen te helpen extreme omgevingsomstandigheden te overleven. Wezens zoals tardigrades en boskikkers vertonen een vermogen dat bekend staat als "cryptobiose, " een toestand waarin alle metabolische processen lijken te zijn gestopt, toch gaat het leven door. In het geval van tardigrades - microscopisch kleine ongewervelde dieren die in de volksmond 'waterberen' worden genoemd - kunnen ze bevriezing overleven, bijna totale uitdroging, en extreme straling. hout kikkers, In de tussentijd, kunnen overleven als ze dagenlang volledig bevroren zijn. En hoewel de specifieke moleculaire mechanismen die bij deze dieren betrokken zijn heel verschillend zijn, ze delen een gemeenschappelijk biochemisch concept:ze stabiliseren selectief hun intracellulaire machinerie.

"De natuur is een inspiratiebron, "Zei McClure-Begley. "Als we de beste manieren kunnen vinden om andere biologische systemen te versterken en ervoor te zorgen dat ze minder snel in een neerwaartse spiraal terechtkomen nadat ze beschadigd zijn, dan hebben we een belangrijke aanvulling op de biologie-toolbox gedaan."

Biostasis is in eerste instantie gericht op het genereren van proof-of-concept, benchtop-technologieën en het testen van hun toepassing in eenvoudige levende systemen voor experimentele validatie. Om de uiteindelijke overgang naar patiënten te ondersteunen, DARPA zal samenwerken met federale gezondheids- en regelgevende instanties naarmate het programma vordert om een ​​traject te ontwikkelen voor potentiële, toekomstig medisch gebruik door mensen. Tegen het einde van het vijfjarige fundamenteel onderzoeksprogramma DARPA hoopt over meerdere instrumenten te beschikken om het risico op blijvende schade of overlijden na acuut letsel of infectie te verminderen.

Vergelijkbare Biostasis-technologieën kunnen ook de houdbaarheid van bloedproducten verlengen, biologische reagentia, en medicijnen door de reactietijden te verkorten. Vroeg programma-onderzoek is gericht op het identificeren van benaderingen die kunnen worden getest in eenvoudige biologische systemen zoals enzymcomplexen of cellijnen. Als dit aspect van het programma succesvol is, deze technologieën zouden helpen om de logistieke last van het ministerie van Defensie voor het transport van biologische producten naar het veld te verminderen.