Klemmer innovation ud af NASA Twins-undersøgelsen:Pipettering og celleisolering i rummet

Ligesom tidlige opdagelsesrejsende, Efterforskere i NASA Twins Study begiver sig ind på nyt territorium. At udføre menneskelig omics-forskning på tvillingeastronauter som en del af One Year Mission, der fandt sted ombord på den internationale rumstation, er et sådant projekt. I takt med at teknologien udvikler sig, udvikler forskningen sig også. NASA evaluerer mere effektive og innovative forskningsteknikker for at forberede rejsen til Mars.

Innovativ tænkning kan forbedre den måde, biologiske prøver behandles og transporteres fra rummet tilbage til forskningslaboratorier på Jorden for fremtidige undersøgelser. Denne tankegang blev foranlediget af forskere i NASAs Human Research Program (HRP) og Twins Study-forskere ved Johns Hopkins Medicine.

Frisk isolerede prøver giver bedre resultater end celler isoleret fra frosne prøver returneret til Jorden fra det kredsende laboratorium. Pipettering af friske prøver ved omgivelsestemperatur og udførelse af celleisolering på rumstationen eliminerer også behovet for hurtig transportlogistik, og giver mulighed for hyppigere prøveudtagning. Når cellerne er isoleret, prøverne kan til enhver tid fryses ned og returneres på et hvilket som helst transportmiddel til yderligere analyse.

På et fly, der bruges som en parabolsk flyveanalog til at skabe korte perioder med simuleret mikrotyngdekraft, Tvillingsundersøgelsesforskerne Dr. Andrew Feinberg og Lindsay Rizzardi fra Johns Hopkins Medicine testede en teori om, at væsker kunne overføres sikkert i mikrogravitation ved hjælp af en pipette, som er en slank, gradueret målerør. Tidligere troede forskere, at overførsel af biologiske væsker i rummet kunne udgøre en risiko for præcis kontrol af prøven.

"Denne analog viste, at pipettering af åbne væsker er relativt enkel og let at kontrollere, og at alle væskeoverførselstrin forbundet med centrifugering kan replikeres i mikrogravitation, " sagde Feinberg. "Når man beskæftiger sig med genetisk materiale, forskning kræver præcis overførsel af væsker mellem forskellige typer rør for at rense DNA, RNA eller protein fra biologiske prøver til at udføre molekylære analyser."

Sammenfaldende med væskeoverførselsforskningen blev celleisoleringsforskning udført af NASA-immunologer Brian Crucian, Clarence Sams, Hawley Kunz og NASA-astronaut og molekylærbiolog Kate Rubins. NASA-forskere testede terrestriske protokoller til cellerensning i mikrotyngdekraft ved hjælp af den parabolske flyveanalog. De fandt ud af, at celleisolering og oprensning begge kunne udføres i mikrogravitation. Rubins bekræftede også nogle af disse fund i rummet. De offentliggjorde deres forskning med Feinberg og Rizzardi i juli 2016-udgaven af NPJ mikrotyngdekraft .

Crucian sagde, "Laboratorieprocedurer til isolering og rensning af celler kræver typisk følsom gradientcentrifugering, omhyggelig udvinding af isolerede celler, og generel åben pipettering af væsker til vask og overførsel af de isolerede celler."

At være i stand til at overføre væsker og isolere celler i rummet er vigtigt af en række forskellige årsager. Mars er en udfordrende afstand fra Jorden, hvis der nogensinde er behov for diagnosticering af et besætningsmedlem. At gøre det muligt for astronauter at udføre mere menneskelig forskning uafhængigt kan hjælpe med at diagnosticere en sygdom hurtigere, muligvis redde et liv i en medicinsk nødsituation.

Mens NASA forbereder sin rejse til Mars, den måde, forskere håndterer og behandler biologiske prøver i rummet, kan ændre sig. Protokollerne valideret af Johns Hopkins og NASAs efterforskere viser, at standard celleisoleringsprotokoller faktisk kan udføres i rummet, noget, der kan muliggøre visse typer genetiske, eller 'omics', forskning ombord på rumstationen. Molekylærbiologiske teknologier såsom håndholdte sequencere fortsætter med at udvikle sig og flytter grænserne for videnskabelig forskning. HRP vil fortsætte med at tilpasse sine metoder til at understøtte ny forskning, der beskytter og sikrer sikkerheden for fremtidige besætninger på langvarige missioner, samtidig med at døren åbnes for innovative muligheder.