سلول‌های مغزی در فضا سریع‌تر بالغ می‌شوند!

تأثیر میکروگرانش بر سلول‌های مغزی

میکروگرانش به‌طور شناخته‌شده‌ای بر عضلات، استخوان‌ها، سیستم ایمنی و شناخت تأثیر می‌گذارد، اما تأثیر خاص آن بر مغز هنوز به‌طور کامل مشخص نیست. برای کشف نحوه واکنش سلول‌های مغزی به میکروگرانش، دانشمندان مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس، در همکاری با بنیاد سلول‌های بنیادی نیویورک، توده‌های کوچکی از سلول‌های مغزی مشتق از سلول‌های بنیادی به نام «ارگانوئید» را به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) ارسال کردند.

به طرز شگفت‌انگیزی، این ارگانوئیدها هنگام بازگشت از مدار یک ماه بعد، هنوز سالم بودند، اما سلول‌ها نسبت به ارگانوئیدهای مشابهی که در زمین رشد کرده بودند، سریع‌تر به بلوغ رسیده بودند. آن‌ها به مرحله‌ای نزدیک‌تر به نورون‌های بالغ رسیده و شروع به نشان دادن نشانه‌های تخصصی شدن کرده بودند. نتایج این تحقیق که می‌تواند به روشن شدن تأثیرات عصبی سفر به فضا کمک کند، در تاریخ ۲۳ اکتبر ۲۰۲۴ در مجله «Stem Cells Translational Medicine» منتشر شد.

«این که این سلول‌ها در فضا زنده ماندند، یک شگفتی بزرگ بود»، می‌گوید دکتر ژان لورینگ، نویسنده همکار و استاد بازنشسته در دپارتمان پزشکی مولکولی و مدیر مؤسس مرکز پزشکی ترمیمی در مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس. «این پایه‌گذاری برای آزمایش‌های آینده در فضا را فراهم می‌کند که می‌توانیم سایر بخش‌های مغز را که تحت تأثیر بیماری‌های نورودژنراتیو قرار دارند، بررسی کنیم.»

در زمین، تیم از سلول‌های بنیادی برای ایجاد ارگانوئیدهایی متشکل از نورون‌های قشری یا دوپامینرژیک استفاده کرد که جمعیت‌های نورونی تحت تأثیر بیماری‌هایی همچون ام‌اس و پارکینسون هستند؛ بیماری‌هایی که لورینگ به مدت چندین دهه به مطالعه آن‌ها پرداخته است. برخی از ارگانوئیدها همچنین شامل میکروگلیا بودند، نوعی سلول ایمنی که در مغز ساکن است، تا تأثیر میکروگرانش بر التهاب را بررسی کنند.

ارگانوئیدها معمولاً در یک محیط مایع غنی از مواد مغذی رشد می‌کنند که باید به‌طور منظم تغییر کند تا اطمینان حاصل شود که سلول‌ها تغذیه کافی دارند و محصولات زائد حذف می‌شوند. برای جلوگیری از نیاز به کار آزمایشگاهی در ISS، تیم روشی را برای رشد ارگانوئیدهای کوچکتر از حد معمول در ویال‌های منجمد ابداع کرد — ویال‌های کوچک و هوابند که در اصل برای انجماد عمیق طراحی شده بودند. ارگانوئیدها در آزمایشگاه‌های ایستگاه فضایی کندی آماده شدند و به ایستگاه فضایی بین‌المللی در یک انکوباتور مینیاتوری سفر کردند. پس از یک ماه در مدار، آن‌ها به زمین بازگشتند، جایی که تیم نشان داد که آن‌ها سالم و دست‌نخورده هستند.

تأثیر محیط فضایی بر عملکرد سلولی

برای بررسی چگونگی تأثیر محیط فضایی بر عملکرد سلولی، تیم تحقیقاتی الگوهای بیان RNA سلول‌ها را که معیاری از فعالیت ژن‌هاست، با ارگانوئیدهای کنترل زمینی مشابه که در زمین باقی مانده بودند، مقایسه کرد. به طرز شگفت‌انگیزی، آن‌ها دریافتند که ارگانوئیدهای رشد یافته در میکروگرانش دارای سطوح بالاتری از ژن‌های مرتبط با بلوغ و سطوح کمتری از ژن‌های مرتبط با تکثیر نسبت به کنترل‌های زمینی بودند. این بدان معناست که سلول‌های معرض میکروگرانش سریع‌تر توسعه یافته و کمتر از سلول‌های زمینی تکثیر می‌شوند.

لورینگ می‌گوید: “ما کشف کردیم که در هر دو نوع ارگانوئید، پروفایل بیان ژن مشخصه‌ای از مرحله توسعه‌ای قدیمی‌تر نسبت به آن‌هایی که در زمین بودند، داشت.” او ادامه می‌دهد: “در میکروگرانش، آن‌ها سریع‌تر توسعه می‌یابند، اما بسیار مهم است که بدانیم این‌ها نورون‌های بالغ نیستند؛ بنابراین این اطلاعاتی درباره پیری به ما نمی‌دهد.”

تیم همچنین متوجه شد که برخلاف فرضیه آن‌ها، در ارگانوئیدهای رشد یافته در میکروگرانش، التهاب کمتری و بیان کمتری از ژن‌های مرتبط با استرس وجود دارد. با این حال، تحقیقات بیشتری برای تعیین دلیل این موضوع مورد نیاز است. لورینگ حدس می‌زند که شرایط میکروگرانش ممکن است بیشتر شبیه شرایطی باشد که سلول‌ها درون مغز تجربه می‌کنند، نسبت به ارگانوئیدهای رشد یافته تحت شرایط آزمایشگاهی معمولی و در حضور جاذبه.

لورینگ می‌گوید: “ویژگی‌های میکروگرانش احتمالاً در مغز انسان‌ها نیز تأثیر دارد، زیرا در میکروگرانش هیچ جابجایی وجود ندارد – به عبارت دیگر، چیزها حرکت نمی‌کنند.” او ادامه می‌دهد: “من فکر می‌کنم که در فضا، این ارگانوئیدها بیشتر شبیه مغز هستند زیرا با مقدار زیادی محیط کشت یا اکسیژن شسته نمی‌شوند. آن‌ها بسیار مستقل هستند و چیزی شبیه به یک مغز کوچک تشکیل می‌دهند؛ یک میکروکازم از مغز.”

ماموریت‌های فضایی و تحقیقات آینده

این مقاله به اولین ماموریت فضایی تیم اشاره دارد، اما از آن زمان، آن‌ها چهار ماموریت دیگر به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) ارسال کرده‌اند. با هر کدام، شرایط ماموریت اول را تکرار کرده و آزمایشات اضافی را اضافه کرده‌اند. لورینگ می‌گوید: “برنامه بعدی ما مطالعه بخشی از مغز است که بیشتر تحت تأثیر بیماری آلزایمر قرار دارد.” او همچنین می‌خواهد بداند آیا تفاوتی در نحوه اتصال نورون‌ها به یکدیگر در فضا وجود دارد یا خیر. لورینگ تأکید می‌کند: “با این نوع مطالعات، نمی‌توان به کارهای قبلی برای پیش‌بینی نتایج اتکا کرد زیرا هیچ کار قبلی وجود ندارد. ما در مرحله ابتدایی هستیم، به نوعی؛ در آسمان، اما در مرحله ابتدایی.”

این کار با حمایت مالی بنیاد ملی سلول‌های بنیادی انجام شده است.