رشد سریعتر سلول‌های مغزی در ایستگاه فضایی: اسرار و سلامت

تأثیر میکروگرانش بر سلول‌های مغزی

میکروگرانش به‌خوبی شناخته‌شده است که 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 به‌همراه بنیاد سلول‌های بنیادی نیویورک، خوشه‌های کوچکی از سلول‌های مغزی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی به نام ارگانوئیدها را به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) ارسال کردند.

به‌طور شگفت‌انگیزی، ارگانوئیدها پس از بازگشت از مدار یک ماه بعد، هنوز سالم بودند، اما سلول‌ها نسبت به ارگانوئیدهای مشابهی که در زمین رشد کرده بودند، سریع‌تر بالغ شده بودند. آن‌ها به‌سمت تبدیل شدن به نورون‌های بالغ نزدیک‌تر شده و شروع به نشان دادن نشانه‌هایی از تخصص‌گرایی کرده بودند. این نتایج که می‌تواند به روشن شدن تأثیرات عصبی سفر به فضا کمک کند، در تاریخ ۲۳ اکتبر ۲۰۲۴ در مجله «پزشکی سلول‌های بنیادی» منتشر شد.

دکتر ژان لورینگ، نویسنده همکار و استاد بازنشسته در دپارتمان پزشکی مولکولی و مدیر مؤسسه پزشکی بازساختی در مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس، می‌گوید: «اینکه این سلول‌ها در فضا زنده ماندند، یک شگفتی بزرگ بود.» او ادامه می‌دهد: «این موضوع زمینه‌ساز آزمایش‌های آینده در فضا است که می‌توانیم سایر بخش‌های مغز را که تحت تأثیر بیماری‌های نورودژنراتیو قرار دارند، در آن‌ها گنجانده کنیم.»

در زمین، تیم 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، نوعی سلول ایمنی که در مغز ساکن است، بودند تا تأثیر میکروگرانش بر التهاب را بررسی کنند.

ارگانوئیدها معمولاً در 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 کرایو ابداع کرد؛ ویال‌های کوچک و هوابند که در اصل برای فریز عمیق طراحی شده بودند. 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 ژن‌ها است، با ارگانوئیدهای “کنترل زمینی” که در زمین باقی مانده بودند، مقایسه کرد. به طرز شگفت‌انگیزی، آنها دریافتند که ارگانوئیدهای رشد یافته در میکروگرانش، سطوح بالاتری از ژن‌های مرتبط با بلوغ و سطوح کمتری از ژن‌های مرتبط با تکثیر نسبت به کنترل‌های زمینی داشتند. این بدان معناست که سلول‌های در معرض میکروگرانش سریع‌تر توسعه یافته و کمتر از سلول‌های روی زمین تکثیر می‌شوند.

لورینگ می‌گوید: “ما کشف کردیم که در هر دو نوع ارگانوئید، پروفایل بیان ژن مشخصه‌ای از مرحله توسعه‌ای بالاتر از ارگانوئیدهای زمینی داشت.” او ادامه می‌دهد: “در میکروگرانش، آنها سریع‌تر توسعه یافتند، اما مهم است که بدانیم اینها نورون‌های بالغ نبودند، بنابراین این موضوع چیزی درباره پیری به ما نمی‌گوید.”

تیم همچنین متوجه شد که برخلاف فرضیه‌های اولیه، التهاب کمتری و بیان پایین‌تری از ژن‌های مرتبط با استرس در ارگانوئیدهای 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، نسبت به ارگانوئیدهای رشد یافته تحت شرایط آزمایشگاهی معمولی و در حضور جاذبه.

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

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 یک از این ماموریت‌ها، شرایط ماموریت 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 که آیا تفاوت‌هایی در نحوه اتصال نورون‌ها به یکدیگر در فضا وجود دارد یا خیر. “با این نوع مطالعات، نمی‌توانید به کارهای قبلی تکیه کنید تا پیش‌بینی کنید نتیجه چه خواهد بود، 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.