Известно, что микрогравитация влияет на мускулы, кости, иммунную систему и умственную деятельность, но о её специфическом воздействии на мозг известно немного. Чтобы узнать, как клетки мозга реагируют на микрогравитацию, учёные из Института Скриппс в сотрудничестве с Нью-Йоркским фондом стволовых клеток послали на Международную космическую станцию (МКС) «органоиды» — крохотные кусочки клеток мозга, полученные из стволовых клеток.
Удивительно, но после возвращения с орбиты спустя месяц, органоиды оставались в добром здравии, но по сравнению с идентичными органоидами, выращенными на Земле, клетки созревали быстрее — они становились более похожими на взрослые нейроны и начинали демонстрировать признаки специализации. Результаты исследования, которые могут пролить свет на потенциальное неврологическое воздействие при путешествиях в космосе, были опубликованы в журнале Stem Cells Translational Medicine 23 октября 2024 г.
«Тот факт, что эти клетки выжили в космосе, был большим сюрпризом, — говорит старший соавтор статьи Жанна Лоринг, почётный профессор кафедры молекулярной медицины и директор-учредитель Центра регенеративной медицины Института Скриппс. — Это будет фундаментом будущих космических экспериментов, в которых мы сможем задействовать другие части мозга, поражённые нейродегенеративными заболеваниями».
На Земле учёные использовали стволовые клетки для создания органоидов кортикальных и дофаминергических нейронов — популяций нейронов, поражаемых при рассеянном склерозе и болезни Паркинсона — заболеваниях, которые Лоринг изучает десятилетиями. В некоторых органоидах также присутствовала микроглия, тип иммунных клеток, располагающихся в мозге, чтобы можно было исследовать влияние микрогравитации на воспаление.
Обычно органоиды выращивают в богатой питательными веществами жидкой среде, которую необходимо регулярно менять, чтобы обеспечивать клетки адекватным питанием и удалять отходы. Чтобы устранить необходимость лабораторных работ на МКС, учёные впервые применили метод выращивания органоидов меньшего чем обычно размера в криоколбах — небольших воздухонепроницаемых колбах, которые изначально разрабатывались для глубокой заморозки.
Органоиды были приготовлены в Космическом центре Кеннеди и отправлены на МКС в миниатюрном инкубаторе. После месяца на орбите они вернулись на Землю, где учёные показали, что они были здоровы и не подвержены повреждениям.
Чтобы исследовать каким образом космическая среда влияет на функционирование клеток, учёные сравнили структуру экспрессии клеточных РНК — показатель генетической активности — с идентичными контрольными органоидами, остававшимися на Земле. К своему удивлению они обнаружили, что органоиды, выращенные в условиях микрогравитации, обладали повышенным уровнем связанных со зрелостью генов и пониженным уровнем генов, связанных с пролиферацией, по сравнению с земными контролями, что означает, что клетки под воздействием микрогравитации развивались быстрее и меньше самовоспроизводились по сравнению с клетками, остававшимися на Земле.
«Мы обнаружили, что в обоих типах органоидов профиль генной экспрессии был характерен для более старшей стадии развития, чем у тех, что остались на земле», — говорит Лоринг. — При микрогравитации они развивались быстрее, но очень важно знать, что это не были взрослые нейроны, поэтому это ничего не говорит нам о старении».
Учёные также заметили, что вопреки их гипотезе органоиды, выращенные в микрогравитации, обладали низкой степенью воспаления и пониженной экспрессией связанных со стрессом генов, но для определения того, что послужило этому причиной, требуются дополнительные исследования.
Лоринг предполагает, что условия микрогравитации могут ближе отражать условия, которым клетки подвержены внутри мозга, по сравнению с органоидами при стандартных лабораторных условиях и в присутствии гравитации.
«Свойства микрогравитации вероятно также работают внутри человеческого мозга, поскольку при микрогравитации не существует конвекции, иными словами — ничего не движется», — говорит Лоринг. — Я думаю, что в космосе эти органоиды больше похожи на мозг, поскольку их не омывает масса питательной среды или кислорода. Они очень независимы; они образуют нечто вроде микрокосмоса мозга».
В работе описана первая космическая миссия исследовательской группы, но с тех пор они послали на МКС ещё четыре миссии. В каждой из них они повторяли условия, использованные в первой миссии, и добавляли дополнительные эксперименты.
«На следующем этапе мы планируем изучить ту часть мозга, которая больше всего поражается при заболевании Альцгеймера», — говорит Лоринг. — Кроме того, мы хотим узнать, существуют ли различия в том, каким образом нейроны соединяются друг с другом в космосе. В исследованиях такого рода нельзя полагаться на предыдущие работы для прогнозирования результатов, потому что предыдущих работ не существует. Мы, так сказать, находимся на цокольном этаже; в небе, но на цокольном этаже».
Эта работа проводилась при поддержке Национального фонда стволовых клеток.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Исследовательским институтом Скриппс (Scripps Research Institute).
Вам также может быть интересно: