Клетки мозга в космосе созревают быстрее, но остаются здоровыми: исследование МКС

Автор: Stem Cells Translational Medicine (2024). DOI: 10.1093/stcltm/szae070

Известно, что микрогравитация изменяет мышцы, кости, иммунную систему и когнитивные способности, но мало что известно о ее специфическом влиянии на мозг. Чтобы выяснить, как клетки мозга реагируют на микрогравитацию, ученые Scripps Research в сотрудничестве с New York Stem Cell Foundation отправили на Международную космическую станцию (МКС) крошечные скопления стволовых клеток мозга, называемые «органоидами».

Удивительно, но органоиды были все еще здоровы, когда вернулись с орбиты месяц спустя, но клетки созрели быстрее по сравнению с идентичными органоидами, выращенными на Земле, — они были ближе к тому, чтобы стать взрослыми нейронами и начали демонстрировать признаки специализации. Результаты, которые могут пролить свет на потенциальные неврологические эффекты космических путешествий, опубликованы в 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 основатель Центра регенеративной медицины в Scripps Research. «Это закладывает основу для будущих экспериментов в космосе, в которые мы сможем включить другие части мозга, пораженные нейродегенеративным заболеванием».

На Земле команда использовала стволовые клетки для создания органоидов, состоящих из корковых или дофаминергических нейронов, которые являются популяциями нейронов, затронутых рассеянным склерозом и болезнью Паркинсона — заболеваниями, которые Лоринг изучал десятилетиями. Некоторые органоиды также включали микроглию, тип иммунных клеток, которые находятся в мозге, для изучения влияния микрогравитации 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 лабораторной работы на МКС, команда впервые применила метод выращивания меньших, чем обычно, органоидов в криопробирках — небольших герметичных флаконах, изначально предназначенных для глубокой заморозки.

Органоиды были подготовлены в лабораториях на космической станции Кеннеди и отправлены на МКС в миниатюрном инкубаторе. После месяца 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 паттерны экспрессии РНК клеток — меру активности генов — с идентичными «наземными контрольными» органоидами, которые остались на Земле. Удивительно, но они обнаружили, что органоиды, выращенные в условиях микрогравитации, имели более высокие уровни генов, связанных со зрелостью, и более низкие уровни генов, связанных с пролиферацией, по сравнению с наземными контрольными образцами, что означает, что клетки, подвергшиеся воздействию микрогравитации, развивались быстрее и реплицировались меньше, чем клетки на Земле.

«Мы обнаружили, что в обоих типах органоидов профиль экспрессии генов был характерен для более поздней стадии развития, чем те, что находились на земле», — говорит Лоринг. «В условиях микрогравитации они развивались быстрее, но очень важно знать, что это были не взрослые нейроны, так что это ничего не говорит нам о старении».

Группа исследователей также отметила, что, вопреки их гипотезе, в органоидах, выращенных в условиях микрогравитации, наблюдалось меньше воспалений и более низкая экспрессия генов, связанных со стрессом, но для выяснения причин необходимы дополнительные исследования.

Лоринг предполагает, что условия микрогравитации могут более точно отражать условия, в которых находятся клетки мозга, по сравнению с органоидами, выращенными в обычных лабораторных условиях и в присутствии гравитации.

«Характеристики микрогравитации, вероятно, также работают в мозге людей, потому что в микрогравитации нет конвекции — другими словами, вещи не двигаются», — говорит Лоринг. «Я думаю, что в космосе эти органоиды больше похожи на мозг, потому что они не промываются целой кучей питательной среды или кислорода. Они очень независимы; они образуют что-то вроде мозгового кружка, микрокосма мозга».

В статье описывается первая космическая миссия команды, но с тех пор они отправили на МКС еще четыре миссии. В каждой из них они воспроизводили условия первой миссии и добавляли дополнительные эксперименты.

«Следующее, что мы планируем сделать, — это изучить часть мозга, которая больше всего страдает от болезни Альцгеймера», — говорит Лоринг. «Мы также хотим узнать, есть ли различия в том, как нейроны соединяются друг с другом в пространстве. В таких исследованиях нельзя полагаться на более ранние работы, чтобы предсказать, каким будет результат, потому что более ранних работ нет. Мы находимся на первом этаже, так сказать; в небе, но на первом этаже».

Больше информации: Davide Marotta et al, Effects of microgravity on human iPSC-derived neural organoids on the International Space Station, Stem Cells Translational Medicine (2024). DOI: 10.1093/stcltm/szae070

Источник: The Scripps Research Institute