När en servicemedlem drabbas av en traumatisk skada eller akut infektion, tiden från händelse till första medicinska behandling är vanligtvis den enskilt viktigaste faktorn för att bestämma resultatet mellan att rädda ett liv eller inte. Första respondenterna måste agera så snabbt som möjligt, först för att säkerställa en patients rena överlevnad och sedan för att förhindra permanent funktionsnedsättning. Försvarsdepartementet hänvisar till detta kritiska, tidens första fönster som "den gyllene timmen, "men i många fall kan möjligheten att framgångsrikt ingripa sträcka sig mycket mindre än sextio minuter, vilket är anledningen till att militären satsar så mycket på att flytta offer så snabbt som möjligt från slagfältet till lämpliga medicinska faciliteter. Dock, på grund av striderna, det finns ofta hårda gränser för tillgången till snabb medicinsk transport och vård.

DARPA skapade Biostasis -programmet för att utveckla nya möjligheter för att förlänga den gyllene timmen, inte genom att förbättra logistiken eller slagfältvården, men genom att gå efter tiden själv, åtminstone hur kroppen hanterar det. Biostasis kommer att försöka direkt ta itu med behovet av ytterligare tid i kontinuerligt fungerande biologiska system som står inför katastrofala, livshotande händelser. Programmet kommer att utnyttja molekylärbiologi för att utveckla nya sätt att kontrollera hur snabbt levande system fungerar, och därmed förlänga tidsfönstret efter en skadlig händelse innan ett system kollapsar. Väsentligen, konceptet syftar till att sakta ner livet för att rädda liv.

"På molekylär nivå, livet är en uppsättning kontinuerliga biokemiska reaktioner, och en avgörande egenskap hos dessa reaktioner är att de överhuvudtaget behöver en katalysator, "sa Tristan McClure-Begley, programchefen för Biostasis. "Inom en cell, dessa katalysatorer finns i form av proteiner och stora molekylära maskiner som omvandlar kemisk och kinetisk energi till biologiska processer. Vårt mål med Biostasis är att kontrollera dessa molekylära maskiner och få dem att alla sakta ner sin rulle i ungefär samma takt så att vi kan bromsa hela systemet graciöst och undvika negativa konsekvenser när ingreppet vänds eller avtar. "

Programmet kommer att driva olika tillvägagångssätt för att bromsa biokemiska processer i levande celler. Helst, dessa tillvägagångssätt kommer att skala från enkla biologiska behandlingar som antikroppar till mer holistiska behandlingar som kan tillämpas på hela celler och vävnader, så småningom skalning hela vägen upp till nivån för en komplett organism. Framgångsrika tillvägagångssätt kommer att uppfylla villkoren för att systemet bromsas över alla mätbara biologiska funktioner och att det gör det med minimal skada på cellulära processer när systemet återställer och återupptar normal hastighet.

"Våra behandlingar måste träffa varje cellprocess med nära samma hastighet, och med samma styrka och effekt, "McClure-Begley sa." Vi kan inte fokusera behandlingar för att avbryta bara en delmängd av kända kritiska processer. "

Till exempel, cellulär andning är avgörande för många cellulära processer, men de andra processerna stängs inte av samtidigt om andningen blockeras. De felanpassade svaren från ett sådant ingrepp skulle i slutändan döda cellen.

Istället, DARPA letar efter biokemiska tillvägagångssätt som styr cellulär energi på proteinnivå. Proteiner är arbetshästarna i cellulära funktioner, och naturen erbjuder flera exempel på organismer som använder proteiner för att hjälpa dem att överleva extrema miljöförhållanden. Varelser som tardigrader och vedgrodor uppvisar en förmåga som kallas "kryptobios, "ett tillstånd där alla metaboliska processer tycks ha slutat, men livet består. För tardigrader - mikroskopiska ryggradslösa djur som i folkmun kallas "vattenbjörnar" - kan de överleva frysning, nästan total uttorkning, och extrem strålning. Trä grodor, under tiden, kan överleva att frysas helt fast i dagar i sträck. Och medan de specifika molekylära mekanismerna som är involverade i dessa djur är väldigt olika, de delar ett gemensamt biokemiskt koncept:de stabiliserar selektivt sina intracellulära maskiner.

"Naturen är en inspirationskälla, "Sa McClure-Begley." Om vi ​​kan ta reda på de bästa sätten att stärka andra biologiska system och göra dem mindre benägna att komma in i en springande nedåtgående spiral efter att ha skadats, då kommer vi att ha gjort ett betydande tillskott till verktygslådan för biologi. "

Biostasis syftar initialt till att skapa proof-of-concept, bänkskiva teknik och testa deras tillämpning i enkla levande system för experimentell validering. För att stödja eventuell övergång till patienter, DARPA kommer att arbeta med federala hälso- och tillsynsmyndigheter när programmet går framåt för att utveckla en väg för potential, framtida medicinsk användning. Vid slutet av femåret, grundforskningsprogram DARPA hoppas kunna ha flera verktyg för att minska risken för permanent skada eller död efter akut skada eller infektion.

Liknande Biostasis-teknik kan också förlänga hållbarheten för blodprodukter, biologiska reagenser, och läkemedel genom att minska reaktionstiderna. Tidig programforskning syftar till att identifiera metoder som kan testas i enkla biologiska system som enzymkomplex eller cellinjer. Om denna aspekt av programmet är framgångsrik, dessa tekniker skulle bidra till att minska försvarsdepartementets logistiska börda för att transportera biologiska produkter till fältet.