مغز در فضا: کشف حیرت‌انگیز دانشمندان از واکنش سلول‌های مغزی در بی‌وزنی

تأثیر بی‌وزنی بر سلول‌های مغزی

بی‌وزنی، که خوب می‌دونیم بر ماهیچه‌ها، استخوان‌ها، سیستم ایمنی و شناخت اثر می‌ذاره، اما اثر دقیقش روی مغز هنوز کامل مشخص نیست. برای فهمیدن چگونگی واکنش سلول‌های مغزی به بی‌وزنی، دانشمندان مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس با همکاری بنیاد سلول‌های بنیادی نیویورک، خوشه‌های کوچکی از سلول‌های مغزی که از سلول‌های بنیادی به دست اومده بودن – به اسم ارگانوئیدها – رو به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) فرستادن.

جالبه که ارگانوئیدها بعد از برگشت از مدار، بعد از یک ماه، هنوز سالم بودن، اما سلول‌هاشون نسبت به ارگانوئیدهای مشابهی که روی زمین رشد کرده بودن، سریع‌تر بالغ شده بودن. اونا به سمت تبدیل شدن به نورون‌های بالغ پیش رفته بودن و نشانه‌هایی از تخصصی شدن رو نشون می‌دادن. این نتایج، که می‌تونه به روشن شدن تأثیرات عصبی سفرهای فضایی کمک کنه، در تاریخ ۲۳ اکتبر ۲۰۲۴ در مجله‌ی «پزشکی سلول‌های بنیادی» چاپ شد.

دکتر ژان لورینگ، نویسنده همکار و استاد بازنشسته در بخش پزشکی مولکولی و مدیر مؤسسه پزشکی بازساختی در مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس، می‌گه: «اینکه این سلول‌ها توی فضا زنده موندن، یه شگفتی بزرگ بود.» و ادامه می‌ده: «این موضوع راه رو برای آزمایش‌های بعدی توی فضا باز می‌کنه، که می‌تونیم بخش‌های دیگه‌ی مغز که تحت تأثیر بیماری‌های نورودژنراتیو هستن رو هم بهشون اضافه کنیم.»

توی زمین، تیم از سلول‌های بنیادی برای ساخت ارگانوئیدهایی استفاده کرد که شامل نورون‌های قشری یا دوپامینرژیک بود، که این‌ها جمعیتی از نورون‌ها هستن که تحت تأثیر بیماری‌های ام‌اس و پارکینسون قرار می‌گیرن؛ بیماری‌هایی که لورینگ سال‌ها روشون تحقیق کرده. بعضی از ارگانوئیدها هم شامل میکروگلیا – نوعی سلول ایمنی که توی مغز ساکنه – بودن، تا تأثیر بی‌وزنی رو روی التهاب بررسی کنن.

ارگانوئیدها معمولاً توی یه محیط مایع که پر از مواد مغذیه رشد می‌کنن، که این محیط باید مرتب عوض بشه تا مطمئن بشن سلول‌ها تغذیه‌ی کافی دارن و مواد زائد دفع می‌شن. برای اینکه نیازی به کار آزمایشگاهی توی ISS نباشه، تیم راهی رو پیدا کرد که ارگانوئیدهای کوچیک‌تر از حد معمول رو توی ویال‌های کرایو رشد بده؛ ویال‌های کوچیک و در بسته که در اصل برای انجماد عمیق طراحی شده بودن. ارگانوئیدها توی آزمایشگاه‌های ایستگاه فضایی کندی آماده شدن و توی یه انکوباتور مینیاتوری به ISS منتقل شدن. بعد از یک ماه توی مدار، اونا به زمین برگشتن و تیم نشون داد که سالم و دست‌نخورده باقی موندن.

تأثیر محیط فضا بر عملکرد سلولی

برای بررسی اینکه محیط فضا چطور روی عملکرد سلولی تأثیر می‌ذاره، تیم تحقیقاتی الگوهای بیان RNA سلول‌ها رو که معیاری از فعالیت ژن‌ها هست، با ارگانوئیدهای “کنترل زمینی” که روی زمین موندن، مقایسه کردن. جالب این بود که اونا فهمیدن که ارگانوئیدهایی که توی بی‌وزنی رشد کردن، سطح بالاتری از ژن‌های مربوط به بالغ شدن و سطح پایین‌تری از ژن‌های مربوط به تکثیر داشتن، نسبت به کنترل‌های زمینی. این یعنی سلول‌هایی که در معرض بی‌وزنی قرار گرفتن، سریع‌تر رشد کردن و کمتر از سلول‌های روی زمین تکثیر شدن.

لورینگ می‌گه: «ما متوجه شدیم که توی هر دو نوع ارگانوئید، پروفایل بیان ژن نشون می‌داد که مرحله‌ی رشدی‌شون بیشتر از ارگانوئیدهای زمینیه.» و ادامه می‌ده: «توی بی‌وزنی، اونا سریع‌تر رشد کردن، اما مهمه که بدونیم اینا نورون بالغ نبودن، پس این موضوع چیزی درباره‌ی پیری به ما نمی‌گه.»

تیم همچنین متوجه شد که برخلاف تصورات اولیه، التهاب کمتری و بیان پایین‌تری از ژن‌های مربوط به استرس توی ارگانوئیدهایی وجود داشت که توی بی‌وزنی رشد کرده بودن. اما تحقیقات بیشتری لازمه تا دلیلش مشخص بشه. لورینگ حدس می‌زنه که شرایط بی‌وزنی شاید بیشتر شبیه شرایطی باشه که سلول‌ها توی مغز تجربه می‌کنن، تا ارگانوئیدهایی که تحت شرایط آزمایشگاهی معمولی و با جاذبه رشد می‌کنن.

لورینگ می‌گه: «ویژگی‌های بی‌وزنی احتمالاً توی مغز انسان‌ها هم وجود داره، چون توی بی‌وزنی جابه‌جایی‌ای وجود نداره – به عبارتی، چیزها حرکت نمی‌کنن.» و اضافه می‌کنه: «فکر می‌کنم توی فضا، این ارگانوئیدها بیشتر شبیه مغز می‌شن، چون اونا با مقدار زیادی محیط کشت یا اکسیژن شسته نمی‌شن. اونا خیلی مستقل هستن و یه چیزی شبیه به یه مغز کوچیک، یه میکروکوزم از مغز رو می‌سازن.»

ماموریت‌های فضایی و تحقیقات آینده

این مقاله به اولین مأموریت فضایی تیم اشاره داره، اما از اون موقع، اونا چهار مأموریت دیگه به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) فرستادن. توی هر کدوم از این مأموریت‌ها، شرایط مأموریت اول رو تکرار کردن و آزمایش‌های اضافی اضافه کردن. لورینگ می‌گه: «برنامه‌ی بعدی ما مطالعه‌ی بخشی از مغزه که بیشتر تحت تأثیر بیماری آلزایمر قرار می‌گیره.» اون هم‌چنین می‌خواد بدونه که آیا تفاوت‌هایی توی نحوه‌ی اتصال نورون‌ها به همدیگه توی فضا وجود داره یا نه. «با این نوع مطالعات، نمی‌تونید به کارهای قبلی تکیه کنید تا پیش‌بینی کنید نتیجه چی می‌شه، چون هیچ کار قبلی‌ای وجود نداره. ما در مرحله‌ی ابتدایی هستیم، یه جورایی؛ توی آسمون، اما در مرحله‌ی ابتدایی.»

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