Alysson Muotri - профессор педиатрии и клеточной и молекулярной медицины
Гравитация может быть настоящим недостатком, когда вы пытаетесь вырастить органы.
Вот почему эксперименты в космосе так ценны. Они открыли новый взгляд на биологические науки, в том числе на создание тканей человека.
Гравитация влияет на клеточное поведение, влияя на то, как белок и гены взаимодействуют внутри клеток, создавая поляризованную ткань, что является фундаментальным шагом для естественного развития органов. К сожалению, гравитация против нас, когда мы пытаемся воспроизвести сложные трехмерные ткани в лаборатории для медицинской трансплантации. Это сложно из-за внутренних ограничений био - реакторов, используемых на Земле.
Моя лаборатория изучает, как человеческий мозг формируется в утробе матери и как изменения в этом процессе могут иметь пожизненные последствия для поведения человека, такие как аутизм или шизофрения. Часть этой работы включает выращивание клеток мозга в космосе.
Выращивание тканей и органов в лаборатории
Чтобы построить организованные ткани в лаборатории, ученые используют каркасы, чтобы обеспечить поверхность для прикрепления клеток на основе заранее определенной жесткой формы. Например, искусственная почка нуждается в структуре или каркасе определенной формы для роста клеток почки. Действительно, эта стратегия помогает ткани организоваться на ранних стадиях, но создает проблемы в долгосрочной перспективе, такие как возможные иммунные реакции на эти синтетические каркасы или неточные структуры.
Напротив, в условиях невесомости клетки могут свободно самоорганизовываться в правильную трехмерную структуру без необходимости использования каркасного субстрата. Удаляя гравитацию из уравнения, мы, исследователи, могли бы изучить новые способы построения человеческих тканей, таких как хрящи и кровеносные сосуды, которые не содержат скаффолдов, имитируя их естественное расположение клеток в искусственных условиях. Хотя это не совсем то, что происходит в матке (ведь матка также подвержена гравитации), условия невесомости дают нам преимущество.
Эта система биокультуры позволит биологам узнать о том, как космос влияет на здоровье человека, изучая клетки, выращенные в условиях микрогравитации на Международной космической станции.
Эти эксперименты помогают исследователям оптимизировать рост тканей для использования в фундаментальной науке, персонализированной медицине и трансплантации органов.
Но есть и другие причины, по которым мы должны производить органы в космосе. Долгосрочные космические миссии создают серию физиологических изменений в организме космонавтов. В то время как некоторые из этих изменений обратимы со временем, другие нет, ставя под угрозу будущие полеты человека в космос.
Изучение тел астронавтов до и после их миссии может выявить, что не так с их органами, но дает мало информации о механизмах, ответственных за наблюдаемые изменения. Таким образом, растущие ткани человека в космосе могут дополнить этот тип исследования и выявить способы противодействия ему.
Наконец, все формы жизни, о которых мы знаем, развивались в присутствии микрогравитации. Без гравитации наш мозг мог бы развиваться по другой траектории, или наша печень не могла бы фильтровать жидкости, как это происходит на Земле.
Восстанавливая эмбриональное формирование органов в космосе, мы можем предвидеть, как будет развиваться человеческое тело в утробе матери. В моей лаборатории проводится несколько исследовательских инициатив с использованием органоидов человеческого мозга на МКС, направленных на изучение влияния невесомости на развивающийся человеческий мозг. Эти проекты будут иметь серьезные последствия для будущей человеческой колонизации (могут ли люди успешно размножаться в космосе?). Эти исследования также улучшат поколение искусственных органов, которые используются для тестирования лекарств и лечения на Земле. Будут ли более эффективные методы лечения нейродевративных и нейродегенеративных состояний, от которых страдают миллионы людей, благодаря исследованиям в космосе?