Gnavere og en raket bragte disse forskeres drømme til rummet

Den menneskelige krop udviklede sig inden for den konstante kraft af Jordens tyngdekraft. For at forhindre knogle- og muskelatrofi under deres ophold i rummet, astronauter skal træne hver dag. For forskere, der studerer knogle- eller muskeltab, der kan være forårsaget af sygdomme, aldring eller en stillesiddende livsstil, mikrogravitationsmiljøet ombord på den internationale rumstation er et unikt sted at udføre eksperimenter, der kan hjælpe os med at forstå, hvordan kroppen fungerer.

Dyremodeller såsom mus er medvirkende til denne form for mikrogravitationsforskning, tjener som emner for Rodent Research-19 (RR-19), som undersøger en foreslået metode til at forhindre tab af knogle og holde musklerne stærke og sunde.

RR-19, også kendt som Mighty Mice in Space, undersøger myostatin og activin. Disse molekylære signalveje påvirker nedbrydningen af ​​muskler og knogler. Forskere studerer dem som mulige mål for at holde muskler og knogler sunde under rumflyvning, og forbedre genopretning efter en tilbagevenden til Jorden.

Forskerne bag denne forskning er Se-Jin Lee og Emily Germain-Lee fra University of Connecticut School of Medicine. Lee og Germain-Lee holder også aftaler på Jackson Laboratory og Connecticut Children's Medical Center, henholdsvis. Lee og Germain-Lee, et ægtepar, har arbejdet sammen i de sidste 10 år om denne forskning, men årtiers arbejde har ført til Mighty Mice-eksperimentet.

Lee og Germain-Lee mødte hinanden på college som studerende, mens de studerede biokemi. Begge fortsatte med at få avancerede grader og banede deres egne veje inden for forskning, Lee fokuserer på at studere muskler og Germain-Lee fokuserer på knoglelidelser. "Jeg har investeret en stor del af mit liv i at tage mig af børn, der har en masse lidelser, der påvirker deres knogler." sagde Germain-Lee. "Deres knogler kan være brækket, men det er deres ånd ikke."

For tyve år siden, Lees laboratorium gjorde en opdagelse. Han afslørede ny information om myostatins adfærd og dets indflydelse på muskelvækst. "Jeg begyndte at tænke på, at mikrogravitation ville være det perfekte sted at udføre myostatin-eksperimenter og sætte vores udviklingsmedicin på prøve, " sagde Lee.

Myostatin begrænser typisk muskelvækst. Når du blokerer det, muskler kan vokse meget større end normal størrelse. Da Lee gensplejsede mus til at mangle myostatin fuldstændigt, deres muskler voksede til dobbelt normal størrelse. Naturligt forekommende mutationer, der forårsager blokering af myostatin, har også givet bevis for proteinets kraft. Belgisk blå kvæg, opdrættet i Europa efter Anden Verdenskrig for at imødekomme øget efterspørgsel efter mere kød, var den første art identificeret med en naturligt forekommende mutation i myostatingenet.

Parret fortsatte med at arbejde selvstændigt, indtil Germain-Lee havde en tanke. Hun bemærkede, at hendes patienter med svage knogler også ofte fortsatte med at have svage muskler. "Vi snakkede en dag, og jeg sagde, 'hvad nu hvis dette lægemiddel også kunne hjælpe med knogleudvikling?'" sagde Germain-Lee.

Det satte gang i en ny runde eksperimenter. Parret gik officielt sammen på laboratoriebænken for at se, om Lees opdagelse også kunne hjælpe Germain-Lees patienter med mangelfuld knogletæthed. De fandt ud af, at dette lægemiddel potentielt kunne gavne begge deres forskningsområder.

Et årti senere, 40 år efter første møde på college og 35 år efter deres ægteskab, kom en stor mulighed. ISS U.S. National Laboratory ville gøre Lee i stand til at udføre et eksperiment, der ligner det, Lee havde overvejet tilbage i 90'erne. "Intet eksperiment her på Jorden kan ensartet simulere knogle- og muskeltab som mikrogravitation kan. Rumstationen er det perfekte miljø til at kunne teste eksperimentelle knogle- og muskeltabsmedicin, " siger Germain-Lee. "Det er alt, hvad jeg nogensinde har ønsket at arbejde på i ét projekt. Det føles som om det hele kom sammen i dette eksperiment."

Forskerne planlagde en undersøgelse for at sende 40 mus til at leve i mikrotyngdekraft ombord på den internationale rumstation med 40 sammenlignelige mus studeret på Jorden som kontrolgruppe. Nogle af musene er gensplejset til ikke at producere noget myostatin, mens andre er normale mus, der modtager et lægemiddel, der er i stand til at blokere myostatin, samt aktivin, som regulerer knoglemassen. Målet er at forbedre muskel- og knoglemassen samtidigt.

Lee og Germain-Lee fik deres chance for at køre eksperimentet i december 2019 med lanceringen af ​​SpaceX's 19. fragtforsyningsmission til rumstationen. På lanceringsdagen, parret så nervøst på raketten på puden. Da nedtællingen nåede nul, øjeblikkets enorme ramte Germain-Lee. "Når man ser lanceringen, Jeg begyndte bare at græde. Og ikke bare græde en lille smule. Jeg begyndte at hulke. Det må have været følelsen fra 20 års arbejde, der kom ud på én gang, " sagde Germain-Lee. "Fra et professionelt perspektiv, det er så givende at arbejde på noget, som jeg ved vil gavne mine patienter. Fra et personligt perspektiv, at gøre dette med Se-Jin har været enormt tilfredsstillende."

I rummet, astronauter brugte knogledensitometeret til at se, hvordan musenes knogler reagerede på mikrotyngdekraften. "I løbet af dagen, Jeg kunne fokusere på andre ting, men da jeg gik i seng, alt jeg kunne tænke på var de mus, " sagde Germain-Lee. "Efter kapslen kom tilbage, vi måtte vente, indtil musene var tilbage i laboratoriet."

SpaceX Dragon-rumfartøjet vendte tilbage til Jorden i januar 2020, transporterer musene blandt de mange forskningsundersøgelser og forsyninger fra stationen. Med musene hjem, parret gik i dataanalysetilstand. Resultaterne ser lovende ud, og parret overvejer allerede de næste skridt, og hvordan de kan bygge videre på forskningen. Denne undersøgelse kunne understøtte udviklingen af ​​terapier til en lang række tilstande, der forårsager muskel- og knogletab på Jorden og i rummet. "Hvis dette kommer til virkelighed som en behandling hos mennesker, det ville være en drøm, der gik i opfyldelse, " siger Germain-Lee.