Tumors in Space-projektet studerer kræftrisiko for kosmisk stråling

Kan vægtløshed stoppe kræft i at vokse? Et af de ni forskningsprojekter, der har fået grønt lys for den nye China Space Station, der er planlagt til 2022, er designet til at besvare netop dette spørgsmål.

De unikke laboratorieforhold, der tilbydes af den internationale rumstation og den kinesiske rumstation (CSS), der skal lanceres, giver mulighed for forskning i alt fra ultralydsdiagnostik i mikrogravitation til studier af krystalvækst.

Nu, når China Space Station er klar til at påbegynde forskningsprojekter omkring 2022, det vil omfatte et usædvanligt kræftforskningsprojekt kaldet "Tumorer i rummet, " ledet af en canadisk forsker baseret i Norge. Projektet vil undersøge rollerne af både mikrogravitation og kosmisk stråling i tumorvækst og -udvikling.

Ikke alene er projektet et af blot ni udvalgt af FN's kontor for ydre rumanliggender (UNOOSA) og China Manned Space Agency (CMSA) under deres program for at give videnskabsfolk fra hele verden mulighed for at flyve eksperimenter på CSS, det er den eneste blandt de 9 udvalgte, der ledes af en kvinde.

"Planen er at sende tredimensionelle stamcelle-organoider fra både sundt væv og kræftvæv fra den samme person ud i rummet. Her vil vi studere mutationer og se på, hvordan cellens DNA påvirkes af vægtløshed og kosmisk stråling. " siger Tricia L. Larose, Principal Investigator for Tumors in Space-projektet ved Det Medicinske og Sundhedsvidenskabelige Fakultet ved Norges Tekniske Naturvidenskabelige Universitet (NTNU).

"Hos UNOOSA er vi stolte over, at vores partnerskab med China Manned Space Agency vil gøre det muligt for et så interessant eksperiment at blive udført ombord på CSS, " sagde Simonetta Di Pippo, UNOOSA direktør. "Rummet åbner konstant nye grænser for menneskehedens fremskridt, som demonstreret af dette projekt, som har til formål at finde nye måder at reducere tumorer på, en af ​​vor tids vigtigste mordere."

Vægtløse tumorer

Eksperimentet vil stole på tredimensionelle kræftsvulster, kaldet organoider. Disse organoider er dyrket fra voksne menneskelige stamceller, som er en slags celler, der kan dele sig i det uendelige og skabe forskellige typer celler ved at gøre det. Forskere har perfektioneret deres evne til at dyrke organoider, så de faktisk danner bittesmå strukturer, der efterligner forskellige organer.

Tidligere kræftforskning, der er blevet udført i rummet, har brugt simplere 2-D-celler, som kun giver forskerne begrænset information. De 3-D organoider, der vil blive brugt i projektet, giver bedre information, fordi de er tættere på deres naturlige form, og de har karakteristika af de organer, som de er skabt til at efterligne.

Laroses hypotese er, at væksten af ​​kræftorganoiderne vil bremse eller stoppe, når de ikke påvirkes af Jordens tyngdekraft. Tidligere forskning i todimensionelle celler har vist, at vægtløshed har indflydelse på genekspression forbundet med tumorudvikling.

Identifikation af kræftcellestøj

Mutationer i kræftceller efterlader en slags fingeraftryk i cellernes DNA kaldet en mutationssignatur; hver type kræft har sin egen.

"Når vi ser på mutationssignaturer i kræftceller, der er meget "støj." Støjen er noget, vi simpelthen ikke ved så meget om, " siger Larose. "En del af min eksperimentelle proces er at identificere nye årsager til den støj, og noget af det kan være tyngdekraften"

Hendes teori er, at noget af den ukendte "støj" i kræftcellerne er der som følge af tyngdekraften. Da både raske celler og celler med kræft påvirkes af tyngdekraften, det burde forskerne kunne opdage i fingeraftrykkene i alle vores celler.

"Jeg leder efter det molekylære fingeraftryk for gravitationskraften, " hun sagde, dels fordi det kan være med til at forklare betydningen af ​​noget af støjen i kræftcellerne.

Larose siger, at tyngdekraftens mutationelle signatur aldrig er blevet undersøgt eller endda foreslået som et koncept.

Selvom der ikke er nogen tyngdekraft i rummet, der er kosmisk stråling. Forsøget skal også teste, hvordan kosmisk stråling påvirker de raske organoiders DNA, og om det fører til mutationer og kræft.

De forskellige årsager til kræft, såsom rygning, UV-stråling og ioniserende stråling, efterlader også mutationssignaturer. Identifikation af mutationssignaturer fra kræftfremkaldende eksponeringer kan bruges til risikoforudsigelse, og for bedre at forstå ætiologien bag kræft, i sidste ende fører til bedre diagnostik og terapi.

"Min jordbaserede forskning med ioniserende stråling vil også hjælpe os med at forstå bivirkningerne af strålebehandling til kræftpatienter på Jorden, " hun sagde.

Vurdering af kræftrisiko for astronauter

Laroses undersøgelser af kosmisk stråling vil også hjælpe med at forstå kræftrisikoen for astronauter på langvarige missioner i rumstationen, eller længere rejser, som til Mars.

"Den største udfordring med menneskelig rumflyvning og udforskning af langvarige missioner til Mars og videre, er kræftrisikoen for besætningen på grund af eksponering for kosmisk stråling. Ved at identificere mutationssignaturen af ​​kosmisk stråling og sammenligne den med den kendte signatur af ioniserende stråling, vi kan være bedre i stand til at forudsige risiko og beskytte besætningen på en langvarig rummission," siger Larose.

Marianne K. Vinje Tantillo, leder af menneskelig rumflyvning og udforskning hos den norske rumfartsorganisation, siger Laroses forslag omhandler spørgsmål, der skal besvares.

"Hvis du skal ud i rummet, du skal løse strålingsproblemer, og dette er et skridt hen imod at gøre det, " sagde hun. "Om den kredser om månen, eller rejser til Mars, du skal vide om stråling, hvis du vil overleve sundt fra rejsen.

Tantillo sagde, at Laroses forskning også kunne være et omdrejningspunkt for at opbygge norske netværk til rumforskning, samt at så kimen til væksten af ​​nye industrier.

"I det lange løb, dette kunne være et nyt område, hvor Norge kunne udvikle teknologien, " sagde hun. "Tænk på strålingsovervågning, eller andre former for sensorteknologi, der kunne bruges til at finde ud af eksponering, eller teknologi til at beskytte astronauterne mod stråling."

Søger efter forskelle fra tyngdekraft og kosmisk stråling

I eksperimentet på rumstationen, ét sæt organoider vil blive udsat for både kosmisk stråling og vægtløshed.

Et andet sæt organoider vil blive placeret i en centrifuge for at udsætte dem for tyngdekraft, der ligner det, de oplever på Jorden, hvilket betyder, at de kun udsættes for kosmisk stråling.

Et tredje sæt celler vil kun blive udsat for vægtløshed, fordi de vil blive placeret i en kasse, der beskytter dem mod kosmisk stråling.

"Hvis vi kan identificere, hvor meget af den ukendte 'støj' skyldes tyngdekraften, det vil også være lettere at identificere resten af ​​de ukendte faktorer. Måske kan vi komme et skridt tættere på at forstå kræft og finde nye måder at bekæmpe sygdommen på, " hun siger.

Larose vil foretage flere års forberedende forskning på Jorden, før tumoreksperimentet lanceres med rumstationen.

Disse resultater vil fungere som referencepunkter og kontroller, men har også en iboende værdi. Resultatet af denne forskning vil være af betydning for kræftpatienter, og især i forhold til de bivirkninger, der er forbundet med stråling.

Eneste kvindelige hovedefterforsker

United Nations Office for Outer Space Affairs og China Manned Space Agency udvalgte kun ni projekter fra 42 ansøgere fra 27 forskellige lande. Som et af de ni udvalgte projekter, Tumorer i rummet, ledet af Larose, er det eneste projekt med en kvindelig hovedefterforsker.

"Vi er stolte af at støtte en kvindelig videnskabsmand til at lede dette projekt, da vores kontor også fokuserer på at øge kvinders deltagelse i rumsektoren og i STEM-sektorer mere bredt, " sagde UNOOSA-direktør Di Pippo.