Фото предоставлено: Трансляционная медицина со стволовыми клетками (2024 г.). DOI: 10.1093/stcltm/szae070
Известно, что микрогравитация изменяет мышцы, кости, иммунную систему и когнитивные функции, но мало что известно о ее специфическом влиянии на мозг. Чтобы выяснить, как клетки мозга реагируют на невесомость, ученые из Scripps Research в сотрудничестве с Нью-Йоркским фондом стволовых клеток отправили на Международную космическую станцию (МКС) крошечные сгустки клеток мозга, полученных из стволовых клеток, называемые «органоидами».
Удивительно, но органоиды были все еще здоровы, когда они вернулись с орбиты месяц спустя, но клетки созревали быстрее по сравнению с идентичными органоидами, выращенными на Земле — они были ближе к тому, чтобы стать взрослыми нейронами, и начинали проявлять признаки специализации. Результаты, которые могут пролить свет на возможные неврологические последствия космических путешествий, опубликованы в журнале Stem Cells Translational Medicine.
«Тот факт, что эти клетки выжили в космосе, стал большим сюрпризом», — говорит соавтор Джин Лоринг, доктор философии, почетный профессор кафедры молекулярной медицины и директор-основатель Центра регенеративной медицины в Scripps Research. «Это закладывает основу для будущих экспериментов в космосе, в которые мы также сможем включить другие части мозга, пораженные нейродегенеративными заболеваниями».
На Земле команда использовала стволовые клетки для создания органоидов, состоящих либо из корковых, либо дофаминергических нейронов. Это популяции нейронов, пораженные рассеянным склерозом и болезнью Паркинсона — заболеваниями, которые Лоринг изучает на протяжении десятилетий. Некоторые органоиды также содержали микроглию, тип иммунных клеток, присущих мозгу, для изучения влияния невесомости на воспаление.
Органоиды обычно выращивают в богатой питательными веществами жидкой среде, которую необходимо регулярно менять, чтобы обеспечить клеткам достаточное питание и удалить отходы. Чтобы избежать необходимости лабораторных работ на МКС, команда разработала метод выращивания органоидов меньшего размера, чем обычно, в криопробирках — небольших герметичных флаконах, изначально предназначенных для глубокой заморозки.
Органоиды были созданы в лабораториях космической станции Кеннеди и доставлены на МКС в миниатюрном инкубаторе. Через месяц на орбите они вернулись на Землю, где команда показала, что они здоровы и невредимы.
Чтобы изучить, как космическая среда влияет на клеточные функции, команда сравнила модели экспрессии РНК в клетках (мера активности генов) с идентичными органоидами «наземного контроля», оставшимися на Земле. Удивительно, но они обнаружили, что органоиды, выращенные в условиях микрогравитации, имели более высокую долю генов, связанных со зрелостью, и меньшую долю генов, связанных с пролиферацией, по сравнению с наземным контролем. Это означает, что клетки, подвергшиеся воздействию микрогравитации, развивались быстрее и размножались меньше, чем земные.
«Мы обнаружили, что профиль экспрессии генов в обоих типах органоидов был характерен для более старой стадии развития, чем те, которые находились на нижней стадии», — говорит Лоринг. «Они развивались быстрее в условиях микрогравитации, но что действительно важно отметить, так это то, что они не были взрослыми нейронами, так что это ничего не говорит нам о старении».
Команда также обнаружила, что, вопреки их гипотезе, в органоидах, выращенных в условиях микрогравитации, наблюдалось меньше воспалений и более низкая экспрессия генов, связанных со стрессом, но необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, почему.
Лоринг предполагает, что условия микрогравитации лучше отражают условия, в которых находятся клетки мозга, чем в органоидах, выращенных в традиционных лабораторных условиях и в присутствии гравитации.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
«Свойства микрогравитации, вероятно, действуют и в мозгу людей, потому что в микрогравитации нет конвекции — другими словами, вещи не движутся», — говорит Лоринг. «Я думаю, что эти органоиды больше похожи на мозг в космосе, потому что они не промываются большим количеством питательной среды или кислорода. Вы очень независимы; они образуют нечто вроде мозга, микрокосм мозга».
В документе описана первая космическая миссия команды, но с тех пор они отправили на МКС еще четыре миссии. В каждой миссии воссоздали условия первой миссии и добавили дополнительные эксперименты.
«Далее мы планируем изучить часть мозга, наиболее подверженную болезни Альцгеймера», — говорит Лоринг. «Мы также хотим знать, есть ли различия в том, как нейроны общаются друг с другом в космосе. В таких исследованиях нельзя полагаться на предыдущую работу, чтобы предсказать результат, поскольку предыдущей работы нет. Мы «находимся, так сказать, на первом этаже; на небесах, а на первом этаже».
Информация от: Исследовательским институтом Скриппса
