Udvikling af en smartere model for hjerneforskning i rummet

Forskere, der studerer neurologiske sygdomme, står over for flere skræmmende udfordringer. For én ting, disse forhold kan tage år eller endda årtier at udvikle sig. Oven i købet, at eksperimentere på sunde menneskers hjerner er simpelthen ikke etisk, og egnede humane neurologiske modeller har ikke været let tilgængelige.

En undersøgelse, der sendte hjerneorganoider til den internationale rumstation, kan hjælpe med at imødegå begge udfordringer.

Virkningen af ​​mikrotyngdekraft på menneskelige hjerneorganoider (Space Tango-Human Brain Organoids) studerer, hvordan mikrogravitation påvirker hjernecellers grundlæggende funktioner, inklusive overlevelse, migration og stofskifte, og dannelsen af ​​neurale netværk. Den menneskelige hjerne består af mange af disse netværk af neuroner eller nerveceller forbundet med hinanden for at transmittere og behandle informationen modtaget fra vores sanser.

Hjerneorganoider er små levende masser af hjerneceller, der danner funktionelle neurale netværk og selvorganiserer sig i 3D-strukturer, der ligner dele af den menneskelige hjerne. Forskere er for nylig begyndt at bruge disse organoider til en række undersøgelser af hjernefunktion her på Jorden. Den hvide, Strukturer på størrelse med ærter efterligner de tidlige stadier af menneskelig hjerneudvikling og giver en model til at studere de biologiske processer involveret i neurologiske sygdomme og aldring.

Den rumbaserede undersøgelse udnytter det faktum, at i mikrogravitation, menneskekroppen oplever ændringer, der ligner accelereret aldring. Undersøgelser viser, at arterievægge bliver stivere og tykkere i rummet, for eksempel, det samme som når mennesker bliver ældre på Jorden.

"Sent debuterende Alzheimers, for eksempel, tager 60 eller 70 år at udvikle sig i et individ, " sagde hovedefterforsker Alysson Muotri, leder af et forskningslaboratorium ved University of California San Diego i La Jolla. "Med organoider i laboratoriet, det kan tage en lignende tid. Det er lang tid at holde disse celler i live. Hvis vi kunne fremskynde sygdomsudviklingen, vi kunne skabe en model, der ville give os mulighed for at se, hvordan problemer udvikler sig og, måske, hvordan man afbøder dem."

Organoider modellerer kun en brøkdel af hjernen, Muotri forklarede, alligevel kan efterligne noget af organiseringen af ​​hjernevæv. "De giver et værktøj til at få adgang til hjernens udviklingsstadium, hvilket er en meget vigtig fase for opsætning af den første ledning af neurale netværk, " sagde han. "Et problem på det tidspunkt kan påvirke dig resten af ​​dit liv."

Da de lancerede rummet i juli, organoiderne var en måned gamle, et punkt, hvor deres celler hurtigt prolifererede og differentierede, eller bliver til forskellige typer celler. De blev på det kredsende laboratorium i 27 dage, før de vendte tilbage til Jorden til analyse.

Tidligere forskning giver beviser for, hvordan nogle celler og væv i kroppen 'ældes' hurtigere i rummet. Dette er de første menneskelige hjerneorganoider, der rejser til rummet, så det er endnu ikke klart, hvordan mikrogravitation kan påvirke deres udvikling.

Ved første øjekast, Muotri siger, at det ser ud til, at de rumrejsende organoider bevarede deres form og kan have vokset sig større. Yderligere analyse kunne bekræfte det og identificere eventuelle ændringer i deres DNA og genekspression.

Pasning af organoider under studier, der dækker måneder, hvis ikke år, kan være meget tidskrævende. Undersøgelsen udviklede speciel hardware til at dyrke organoiderne autonomt, hvilket i høj grad kunne forenkle deres brug til forskning i rummet og på Jorden.

Ud over at fremme forståelsen af ​​udviklingen af ​​sygdomme, der påvirker hjernen, denne forskning er grundlæggende for at beskytte menneskers sundhed under udforskning af rummet.

"Vi vil se, om organoiderne overlever, og om celler replikerer og danner forbindelser, "Muotri sagde. "Dette har konsekvenser for langsigtede rumrejser og kolonisering af fremtidige planeter."

Muotri siger, at fremtidige undersøgelser kan skabe nye organoider fra enkeltceller i rummet, og andre kunne holde dem på rumstationen længere for at studere senere udviklingsfaser.

For nu, den nuværende undersøgelse fremmer organoid teknologi, som hjælper med at løse udfordringer involveret i at lære mere om den menneskelige hjerne.

ISS U.S. National Laboratory sponsorerede denne undersøgelse, og Space Tango konstruerede hardwaren til sin CubeLabs-platform.