Astronaut udfører hjerteforskning på station sammen med tidligere kollega

Da NASA-astronaut Jessica Meir for nylig smuttede sine hænder ind i Life Sciences-handskerummet på den internationale rumstation for at udføre en ny undersøgelse af hjertevæv, hun bragte et længere videnskabeligt samarbejde fuld cirkel.

Før Meir blev astronaut i 2013 og fløj til rumstationen i juli 2019, hun havde stor erfaring med biologisk forskning. I 1999 i løbet af hendes sidste bachelorår på Brown University, hun knyttet til ph.d. elev Peter Lee. Meir og Lee arbejdede i det samme laboratorium, og Lee valgte Meir til et hold, der studerede suturering i mikrogravitation som en del af det, der var NASAs Reduced Gravity Student Flight Opportunities, nu Microgravity University. En kandidat fra kandidatuddannelsen ved det dengang relativt nye International Space University i Frankrig, han opfordrede Meir til også at deltage; hun fik en mastergrad der, før hun afsluttede en doktorgrad ved Scripps Institution of Oceanography (UCSD).

Nu, Meir arbejder sammen med Lee igen, denne gang fra rummet. I øjeblikket assisterende professor i kirurgi i hjerteafdelingen ved Ohio State University Wexner Medical Center, Lee er medforsker på det Engineered Heart Tissues-eksperiment, som Meir udførte i handskerummet ombord på stationen.

"Peter var medvirkende til at fremme min drøm om at blive astronaut, " siger Meir. "Han åbnede mine øjne for og faciliterede involvering i rumrelaterede muligheder, som ellers helt kunne være gået mig forbi. At udføre dette eksperiment på rumstationen er ekstremt givende, ikke kun fordi jeg bidrager til videnskab i topklasse, men også fordi jeg føler, at jeg giver noget tilbage til Peter."

Undersøgelsen ser på, hvordan menneskeligt hjertevæv fungerer i rummet. Den bruger unikke 3-D væv fremstillet af hjerteceller kaldet kardiomyocytter afledt af menneskeinducerede pluripotente stamceller (hiPSC'er), hovedsageligt voksne stamceller. Det konstruerede hjertevæv, eller EHT'er, er komplekse 3D-strukturer, hver på størrelse med et par riskorn. Disse strukturer ligner mere væv i kroppen end flade cellekulturer i en petriskål eller dem, der flyder i en flaske med væske.

Forskere forventer betydelige forskelle i funktion, struktur, og genekspression mellem EHT'er i mikrogravitation og dem på jorden. At forstå disse forskelle kan hjælpe dem med at finde måder at forhindre eller afbøde problematiske ændringer på fremtidige langvarige missioner.

"Vi ved, at mikrogravitation og rumflyvning generelt har indvirkning på stort set alle systemer i kroppen, og det kardiovaskulære system er ingen undtagelse, " siger Lee. "Vi ved ikke, hvad der sker på vævsniveau, selvom, og det er svært at holde celler i kultur længe nok til at lave langtidsstudier. Det konstruerede væv giver os mulighed for at studere langvarige effekter."

Denne undersøgelse anvender en ny type sensor, der bruger magneter til nemt at registrere muskelsammentrækninger og måler hastigheden og mængden af ​​kraft, som muskelvævet genererer i realtid. Traditionelt, det har været svært at tage sådanne målinger, siger Lee.

"Den traditionelle måde er med en krafttransducer, en mekanisk enhed, der måler kraften, når du skubber eller trækker i den, som når du står på en vægt." EHT'erne i denne undersøgelse danner sig omkring fleksible stolper med små magneter i en af ​​deres ender. Når muskelvævet trækker sig sammen, stolperne bevæger sig, ændring af magnetfeltet mellem stolperne og den eksterne magnet. På baggrund af den ændring, sensoren beregner stolpens bevægelse og kraften genereret af musklen.

"En anden fordel ved undersøgelsen er, at vi var nødt til at miniaturisere og automatisere teknologien så meget som muligt for at sende den til rummet, " siger Lee. "Nu har vi en virkelig avanceret, mere effektiv og mere omkostningseffektiv teknologi til brug på Jorden."

Før proteiner laves, celler laver RNA, der fungerer som en budbringer til at bære instruktioner fra DNA til at kontrollere processen med at fremstille proteiner. Under undersøgelsen, besætningsmedlemmer bevarer nogle af EHT'erne, så forskerne kan måle det RNA, de syntetiserer.

"Vi kan analysere og se på mængden af ​​RNA lavet for tusindvis af gener på det tidspunkt, som fortæller os, hvilke gener der er tændt eller slukket, og på hvilke niveauer de udtrykkes, " Lee forklarer. Forskere vil også bringe nogle EHT'er tilbage til Jorden for at se, om de kommer sig efter ændringer observeret i mikrotyngdekraften.

Hovedforsker på undersøgelsen er Deok-Ho Kim ved Johns Hopkins University, Baltimore, og projektet omfatter andre medforskere fra University of Washington. National Institutes of Health (NIH) finansierede denne forskning som en del af Tissue Chips in Space-initiativet, og det er et af ni initiativprojekter i ISS U.S. National Laboratory-porteføljen. EHT bygger på tidligere ISS National Lab-forskning af Joseph Wu, Lee, og Arun Sharma.

Ved at hjælpe forskere med at forstå mekanismerne for, hvordan 3-D hjerteceller reagerer på mikrotyngdekraft, denne forskning kan hjælpe patienter med hjertesygdomme på Jorden og muligvis give fingerpeg om, hvordan man kan beskytte astronauter på deres rejse til Mars og tilbage.

"Fra et personligt perspektiv, det fremhæver værdien af ​​samarbejde og mentorskab, " siger Meir. "Det er så vidunderligt at bringe tingene i kredsløb fra os to, der arbejdede sammen for over 20 år siden med den fælles drøm om at flyve i rummet til at arbejde sammen om Peters eksperiment på rumstationen. Når du rækker ud og giver hvad du kan for at opmuntre nogen og fremme deres drømme, din indsats kan være præcis, hvad der skal til for at gøre disse drømme til virkelighed."