Beyin hücreleri uzayda daha hızlı olgunlaşıyor ancak sağlıklı kalıyor: ISS çalışması

Mikro yerçekiminin kasları, kemikleri, bağışıklık sistemini ve algıyı değiştirdiği biliniyor ancak beyin üzerindeki spesifik etkisi hakkında çok az şey biliniyor. Beyin hücrelerinin mikro yerçekimine nasıl tepki verdiğini keşfetmek için Scripps Research bilim adamları, New York Kök Hücre Vakfı ile işbirliği içinde, Uluslararası Uzay İstasyonuna (ISS) “organoidler” adı verilen kök hücreden türetilmiş beyin hücrelerinden oluşan küçük kümeler gönderdiler.

Şaşırtıcı bir şekilde, organoidler bir ay sonra yörüngeden döndüklerinde hala sağlıklıydı, ancak hücreler Dünya’da yetişen aynı organoidlerle karşılaştırıldığında daha hızlı olgunlaşmıştı; yetişkin nöronlara dönüşmeye daha yakındılar ve uzmanlaşma belirtileri göstermeye başlıyorlardı. Uzay yolculuğunun potansiyel nörolojik etkilerine ışık tutabilecek sonuçlar, belli olmak içinde Kök Hücre Translasyonel Tıp.

Moleküler Tıp Bölümü’nden emekli profesör ve Scripps Research Rejeneratif Tıp Merkezi’nin kurucu direktörü, eş-kıdemli yazar Ph.D. Jeanne Loring, “Bu hücrelerin uzayda hayatta kalması büyük bir sürprizdi” diyor. “Bu, beynin nörodejeneratif hastalıklardan etkilenen diğer kısımlarını da dahil edebileceğimiz uzayda gelecekteki deneylerin temelini oluşturuyor.”

Ekip, Dünya’da, Loring’in onlarca yıldır üzerinde çalıştığı multipl skleroz ve Parkinson hastalığından etkilenen nöron popülasyonları olan kortikal veya dopaminerjik nöronlardan oluşan organoidler oluşturmak için kök hücreleri kullandı. Mikro yerçekiminin iltihaplanma üzerindeki etkisini incelemek için bazı organoidler, beyinde yerleşik bir tür bağışıklık hücresi olan mikroglia’yı da içeriyordu.

Organoidler genellikle hücrelerin yeterli beslenmeye sahip olmasını sağlamak ve atık ürünleri uzaklaştırmak için düzenli olarak değiştirilmesi gereken, besin açısından zengin bir sıvı ortamda yetiştirilir. Ekip, ISS’de laboratuvar çalışması ihtiyacını ortadan kaldırmak için, başlangıçta derin dondurma için tasarlanmış küçük, hava geçirmez şişeler olan kriyovyallerde normalden daha küçük organoidler yetiştirmeye yönelik bir yönteme öncülük etti.

Organoidler Kennedy Uzay İstasyonundaki laboratuvarlarda hazırlandı ve minyatür bir kuluçka makinesiyle ISS’ye gönderildi. Yörüngede bir ay kaldıktan sonra Dünya’ya döndüler ve ekip burada onların sağlıklı ve sağlam olduklarını gösterdi.

Uzay ortamının hücresel fonksiyonları nasıl etkilediğini incelemek için ekip, hücrelerin RNA ekspresyon modellerini (gen aktivitesinin bir ölçüsü) Dünya’da kalan aynı “yer kontrol” organoidleriyle karşılaştırdı. Şaşırtıcı bir şekilde, mikro yerçekiminde büyüyen organoidlerin, yer kontrollerine kıyasla olgunlukla ilişkili genlerin daha yüksek düzeyde ve çoğalmayla ilişkili genlerin daha düşük düzeylerine sahip olduğunu buldular; bu, mikro yerçekimine maruz kalan hücrelerin Dünya’dakilerden daha hızlı geliştiği ve daha az çoğaldığı anlamına geliyor.

Loring, “Her iki tür organoidde de gen ekspresyon profilinin, yeryüzündekilerden daha eski bir gelişim aşamasına ait olduğunu keşfettik” diyor. “Mikro yerçekiminde daha hızlı geliştiler, ancak bunların yetişkin nöronlar olmadığını bilmek gerçekten önemli, dolayısıyla bu bize yaşlanma hakkında hiçbir şey söylemiyor.”

Ekip ayrıca, hipotezlerinin aksine, mikro yerçekiminde büyüyen organoidlerde daha az iltihaplanma ve stresle ilişkili genlerin daha az ekspresyonunun olduğunu, ancak bunun nedenini belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu belirtti.

Loring, mikro yerçekimi koşullarının, geleneksel laboratuvar koşulları altında ve yerçekiminin varlığında yetiştirilen organoidlerle karşılaştırıldığında beyindeki hücrelerin deneyimlediği koşulları daha yakından yansıtabileceğini tahmin ediyor.

Loring, “Mikro yerçekiminin özellikleri muhtemelen insanların beyinlerinde de iş başındadır, çünkü mikro yerçekiminde konveksiyon yoktur; başka bir deyişle nesneler hareket etmez” diyor. “Uzayda bu organoidlerin daha çok beyne benzediğini düşünüyorum çünkü bir sürü kültür ortamı veya oksijenle yıkanmıyorlar. Oldukça bağımsızlar; beyincik gibi bir şey, beynin mikrokozmosu gibi bir şey oluşturuyorlar. “

Makale ekibin ilk uzay görevini anlatıyor ancak o zamandan bu yana ISS’ye dört görev daha gönderdiler. Her birinde ilk görevdeki koşulları tekrarladılar ve ek deneyler eklediler.

Loring, “Yapmayı planladığımız bir sonraki şey, beynin Alzheimer hastalığından en çok etkilenen kısmını incelemek” diyor. “Ayrıca uzayda nöronların birbirleriyle bağlantı kurma şekillerinde farklılıklar olup olmadığını da bilmek istiyoruz. Bu tür çalışmalarda, sonucun ne olacağını tahmin etmek için daha önceki çalışmalara güvenemezsiniz çünkü daha önce yapılmış bir çalışma yok. tabiri caizse zemin kattayız, ama zemin kattayız.”