سلول‌های مغز در فضا سریع‌تر بالغ می‌شوند، اما سالم می‌مانند

تأثیر میکروگرانش بر سلول‌های مغزی

میکروگرانش به‌خوبی شناخته شده است که بر روی عضلات، استخوان‌ها، سیستم ایمنی و شناخت تأثیر می‌گذارد، اما تأثیر خاص آن بر مغز هنوز به‌طور کامل مشخص نیست. برای کشف نحوه‌ی پاسخ سلول‌های مغزی به میکروگرانش، دانشمندان مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس به همراه بنیاد سلول‌های بنیادی نیویورک، توده‌های کوچکی از سلول‌های مغزی مشتق از سلول‌های بنیادی به نام “ارگانوئیدها” را به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) ارسال کردند.

به‌طور شگفت‌انگیزی، ارگانوئیدها زمانی که یک ماه بعد به مدار بازگشتند، هنوز سالم بودند، اما سلول‌ها نسبت به ارگانوئیدهای مشابهی که در زمین رشد کرده بودند، سریع‌تر بالغ شدند. این سلول‌ها به مرحله‌ای نزدیک به نورون‌های بالغ رسیده و شروع به نشان دادن نشانه‌های تخصصی شدن کردند. نتایج این تحقیق که می‌تواند روشنایی بر تأثیرات عصبی سفر به فضا بیفکند، در تاریخ ۲۳ اکتبر ۲۰۲۴ در نشریه «سلول‌های بنیادی و پزشکی ترانسلیشنال» منتشر شد.

دکتر ژان لورینگ، نویسنده همکار ارشد و استاد بازنشسته در دپارتمان پزشکی مولکولی و مدیر بنیان‌گذار مرکز پزشکی ترمیمی در مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس، می‌گوید: “اینکه این سلول‌ها در فضا زنده ماندند، یک شگفتی بزرگ بود.” او افزود: “این موضوع زمینه‌ساز آزمایش‌های آینده در فضا است که می‌توانیم سایر قسمت‌های مغز که تحت تأثیر بیماری‌های نورودژنراتیو قرار دارند، را نیز شامل کنیم.”

در زمین، تیم تحقیقاتی از سلول‌های بنیادی برای ایجاد ارگانوئیدهایی شامل نورون‌های قشری یا دوپامینرژیک استفاده کرد که جمعیت‌های نورونی تحت تأثیر بیماری‌های 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 زاید حذف می‌شوند. برای جلوگیری از نیاز به کار آزمایشگاهی در ISS، تیم یک روش نوآورانه برای رشد ارگانوئیدهای کوچکتر از حد معمول در ویال‌های کرایو (ویال‌های کوچک و هوابند که عمدتاً برای انجماد عمیق طراحی شده‌اند) ابداع کرد. ارگانوئیدها در آزمایشگاه‌های ایستگاه فضایی کندی آماده شدند و در یک انکوباتور مینیاتوری به ISS منتقل شدند. پس از یک ماه در مدار، آن‌ها به زمین بازگشتند و تیم نشان داد که آن‌ها سالم و دست‌نخورده باقی مانده‌اند.

تأثیر محیط فضایی بر عملکرد سلولی

برای بررسی اینکه چگونه محیط فضایی بر عملکرد سلولی تأثیر می‌گذارد، تیم تحقیقاتی الگوهای بیان RNA سلول‌ها را – که معیاری از فعالیت ژن‌هاست – با ارگانوییدهای کنترل زمینی مشابه که در زمین باقی مانده بودند، مقایسه کرد. به طرز شگفت‌انگیزی، آن‌ها متوجه شدند که ارگانوییدهای رشد یافته در میکروگرانش، سطوح بالاتری از ژن‌های مرتبط با بلوغ و سطوح کمتری از ژن‌های مرتبط با تکثیر نسبت به کنترل‌های زمینی دارند. این به این معنی است که سلول‌های تحت تأثیر میکروگرانش سریع‌تر توسعه یافته و کمتر از سلول‌های روی زمین تکثیر می‌شوند.

لورینگ می‌گوید: “ما کشف کردیم که در هر دو نوع ارگانویید، پروفایل بیان ژن مشخصه‌ای از یک مرحله توسعه‌ای بالاتر از آن‌هایی بود که در زمین بودند.” او ادامه می‌دهد: “در میکروگرانش، آن‌ها سریع‌تر توسعه یافتند، اما مهم است بدانید که این‌ها نورون‌های بالغ نبودند، بنابراین این موضوع چیزی درباره پیری به ما نمی‌گوید.”

تیم همچنین متوجه شد که برخلاف فرضیه آن‌ها، التهاب کمتری و بیان پایین‌تری از ژن‌های مرتبط با استرس در ارگانوییدهای رشد یافته در میکروگرانش وجود دارد، اما تحقیقات بیشتری برای تعیین دلیل این موضوع لازم است. لورینگ حدس می‌زند که شرایط میکروگرانش ممکن است بیشتر شبیه شرایطی باشد که سلول‌ها درون مغز تجربه می‌کنند، در مقایسه با ارگانوییدهایی که تحت شرایط آزمایشگاهی معمولی و در حضور گرانش رشد کرده‌اند. لورینگ می‌گوید: “ویژگی‌های میکروگرانش احتمالاً در مغز افراد نیز تأثیرگذار است، زیرا در میکروگرانش جابجایی وجود ندارد – به عبارت دیگر، چیزها حرکت نمی‌کنند.”

او ادامه می‌دهد: “فکر می‌کنم که در فضا، این ارگانوییدها بیشتر شبیه مغز هستند زیرا با مقدار زیادی محیط کشت یا اکسیژن شسته نمی‌شوند. آن‌ها بسیار مستقل هستند؛ چیزی شبیه به یک مغز کوچک تشکیل می‌دهند، یک میکروکوزم از مغز.”

این مقاله به اولین مأموریت فضایی تیم اشاره دارد، اما از آن زمان، آن‌ها چهار مأموریت دیگر به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) ارسال کرده‌اند. با هر یک از این مأموریت‌ها، شرایط مأموریت اول را تکرار کرده و آزمایش‌های 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 تفاوت‌هایی در نحوه اتصال نورون‌ها به یکدیگر در فضا وجود دارد یا خیر. لورینگ می‌گوید: “با این نوع مطالعات، نمی‌توانید به کارهای قبلی برای پیش‌بینی نتیجه اعتماد کنید، زیرا هیچ کار قبلی وجود ندارد. ما در مرحله ابتدایی هستیم؛ در آسمان، اما در مرحله ابتدایی.”

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