Недавно на МКС был проведен эксперимент с выращиванием тканей мозга из стволовых клеток. Это показало, что в космосе они быстрее достигают зрелости, но при этом не демонстрируют ускоренных темпов деградации.
Влияние микрогравитации на клетки мозга
Известно, что микрогравитация влияет на мышцы, кости, иммунную систему и когнитивные процессы, но мало что известно о ее конкретном влиянии на мозг. Чтобы выяснить, как клетки мозга реагируют на микрогравитацию, ученые Scripps Research в сотрудничестве с Нью-Йоркским фондом стволовых клеток отправили на Международную космическую станцию (МКС) крошечные комочки клеток мозга, полученных из стволовых клеток, которые имеют название «органоиды».
На удивление, органоиды были все еще здоровы, когда вернулись с орбиты через месяц, но клетки созрели быстрее по сравнению с идентичными органоидами, выращенными на Земле — они были ближе к тому, чтобы стать взрослыми нейронами, и начинали проявлять признаки специализации. Результаты, которые могут пролить свет на потенциальные неврологические последствия космических путешествий, опубликованы в журнале Stem Cells Translational Medicine.
Эксперименты с клетками на Земле
На Земле команда использовала стволовые клетки для создания органоидов, состоящих из кортикальных или дофаминергических нейронов, которые являются популяциями нейронов, пораженных при рассеянном склерозе и болезни Паркинсона — заболеваниях, которые Жанна Лоринг, одна из старших авторов, изучала в течение десятилетий. Некоторые органоиды также включали микроглию, тип иммунных клеток, обитающих в мозге, для изучения влияния микрогравитации на воспаление.
Органоиды обычно выращивают в богатой питательными веществами жидкой среде, которую необходимо регулярно менять, чтобы обеспечить клеткам достаточное питание и удалять отходы. Чтобы избежать необходимости проводить лабораторные исследования на МКС, команда разработала метод выращивания органоидов меньшего размера, чем обычно, в криовиалах — небольших герметичных пробирках, которые изначально были предназначены для глубокой заморозки.
Органоиды были подготовлены в лабораториях на космической станции Кеннеди и доставлены на МКС в миниатюрном инкубаторе. После месяца пребывания на орбите они вернулись на Землю, где команда показала, что они здоровы и невредимы.
Клетки, которые созревают быстрее
Чтобы исследовать, как космическая среда влияет на клеточные функции, команда сравнила паттерны экспрессии РНК клеток — меру активности генов — с идентичными «наземными контрольными» органоидами, которые остались на Земле. На удивление, они обнаружили, что органоиды, выращенные в условиях микрогравитации, имели более высокий уровень генов, связанных со зрелостью, и более низкий уровень генов, связанных с пролиферацией, по сравнению с наземным контролем, что означает, что клетки, подвергшиеся воздействию микрогравитации, развивались быстрее и реплицировались меньше, чем клетки на Земле.
«Мы обнаружили, что в обоих типах органоидов профиль экспрессии генов был характерен для более старшей стадии развития, чем у тех, что были на земле, — говорит Лоринг. — В условиях микрогравитации они развивались быстрее, но очень важно знать, что это были не взрослые нейроны, поэтому это ничего не говорит нам о старении».
Команда также отметила, что, вопреки их гипотезе, в органоидах, выращенных в условиях микрогравитации, наблюдалось меньше воспаления и более низкая экспрессия генов, связанных со стрессом, но нужны дополнительные исследования, чтобы выяснить, почему это произошло.
Лоринг предполагает, что условия микрогравитации могут более точно отражать условия, в которых находятся клетки мозга, по сравнению с органоидами, выращенными в обычных лабораторных условиях и при наличии гравитации.
«Характеристики микрогравитации, вероятно, действуют и в человеческом мозге, потому что в микрогравитации нет конвекции. Другими словами, вещи не движутся, — говорит Лоринг. — Я думаю, что в космосе эти органоиды больше похожи на мозг, потому что их не омывает огромное количество питательной среды или кислорода. Они очень независимы; они образуют что-то вроде мозжечка, микрокосмоса мозга».
Перспективы исследований на МКС
Статья описывает первую космическую миссию команды, но с тех пор они отправили на МКС еще четыре миссии. Во время каждой из них они воспроизводили условия первой миссии и добавляли дополнительные эксперименты.
«Следующее, что мы планируем сделать, это изучить участок мозга, который больше всего поражен болезнью Альцгеймера, — говорит Лоринг. — Мы также хотим узнать, существуют ли различия в том, как нейроны соединяются друг с другом в пространстве. В таких исследованиях нельзя полагаться на предыдущие работы, чтобы предсказать, каким будет результат, потому что предыдущих работ не существует. Мы находимся на первом этаже, так сказать, в небе, но на первом этаже».
По материалам phys.org
