Graviditet i rummet:At studere stamceller uden tyngdekraft kan afgøre, om det er sikkert

Rummet er et fjendtligt, ekstremt miljø. Det er kun et spørgsmål om tid, før almindelige mennesker udsættes for dette miljø, enten ved at engagere sig i rumturisme eller ved at slutte sig til selvbærende kolonier langt væk fra Jorden.

Til dette formål skal der være en meget bedre forståelse af, hvordan de miljømæssige farer ved rummet vil påvirke biologien af ​​vores celler, væv, organer og kognition. Afgørende for fremtidige rumkolonier er vi nødt til at vide, om vi let kan reproducere i andre miljøer end dem, der findes på Jorden.

Effekterne af stråling på vores celler, der producerer DNA-skader, er veldokumenterede. Hvad der er mindre klart er, hvordan lavere niveauer af tyngdekraft, hvad forskerne kalder mikrotyngdekraft, vil påvirke de mekanismer og rytmer, der finder sted i vores celler.

Forskere er kun lige begyndt at undersøge, hvordan aktivitet i vores celler kan blive påvirket af eksponering for mikrogravitation. Det er afgørende, at eksperimenter på embryonale stamceller og modeller af, hvordan embryoner udvikler sig i deres første par uger i rummet, vil hjælpe os med at afgøre, om det er muligt for mennesker at producere afkom i fremtidens ekstraplanetariske kolonier.

Kosmisk undfangelse

Evnen til at formere sig i rummet er blevet vurderet hos nogle få dyr, herunder insekter, padder, fisk, krybdyr, fugle og gnavere. De har fundet ud af, at det bestemt er muligt for organismer som fisk, frøer og gekkoer at producere befrugtede æg under rumflyvning, som kan leve og formere sig på Jorden.

Men billedet er mere kompliceret hos pattedyr. En undersøgelse af mus viste for eksempel, at deres brunstcyklus, en del af reproduktionscyklussen, blev forstyrret af eksponering for mikrogravitation. En anden undersøgelse viste, at eksponering for mikrotyngdekraft forårsagede negative neurologiske ændringer hos rotter. Hypotetisk set kunne disse effekter også overføres til efterfølgende generationer.

Dette sker sandsynligvis, fordi vores celler ikke udviklede sig til at arbejde i mikrogravitation. De udviklede sig over millioner af år på Jorden, i dets unikke gravitationsfelt. Jordens tyngdekraft er en del af det, der forankrer og udøver fysisk kraft på vores væv, vores celler og vores intracellulære indhold, og hjælper med at kontrollere specifikke bevægelser i celler. Studiet af dette kaldes mekanobiologi.

Opdelingen af ​​celler og bevægelsen af ​​gener og kromosomer inden i dem, som er afgørende for udviklingen af ​​et foster, virker også med og imod tyngdekraften, som vi kender den på Jorden. Det følger heraf, at systemer, der er udviklet til at fungere perfekt i Jordens tyngdekraft, kan blive påvirket, når tyngdekraften ændrer sig.

Fosterstilling

Når et embryo først begynder at dele sig, i en proces kaldet spaltning, kan delingshastigheden være hurtigere i den ene ende af embryoet end i den anden. Tyngdekraften spiller her en rolle, der bestemmer placeringen af ​​de allerførste byggesten i et menneskeliv.

Tyngdekraften hjælper også med at etablere den korrekte kropsplan for et foster, hvilket sikrer, at de rigtige celler udvikler sig de rigtige steder i det rigtige antal og i den rigtige rumlige orientering.

Forskere har undersøgt, om embryonale stamceller, som er "pluripotente" og kan udvikle sig til alle kroppens celler, er påvirket af mikrogravitation. På nuværende tidspunkt er der nogle beviser for, at når embryonale stamceller fra gnavere udsættes for mikrotyngdekraft, kan deres evne til at blive de ønskede celletyper blive påvirket.

Det er også muligt at producere pluripotente menneskelige stamceller fra normale modne celler i vores kroppe, som kaldes inducerede pluripotente stamceller. Disse er også blevet undersøgt under mikrogravitation, hvor eksperimenter på Jorden har fundet, at inducerede stamceller formerer sig hurtigere i simuleret mikrogravitation. To partier af disse stamceller er i øjeblikket på den internationale rumstation for at se, om disse resultater kan replikeres i rummet.

Hvis voksne stamceller formerer sig hurtigere i rummet, kan det åbne døren for kommercielle stamcelleproducenter til at producere disse celler i kredsløb, da det er svært at dyrke nok stamceller på Jorden til at behandle degenerative sygdomme med stamcelleterapier.

Gravitationsfelt

Udover normale cellulære processer er det også uklart, hvordan befrugtning, hormonproduktion, amning og selv fødslen vil blive påvirket af udsættelse for mikrogravitation.

Det ser ud til, at kortvarig udsættelse for mikrogravitation, på måske en halv time, sandsynligvis ikke vil have for stor effekt på vores celler. Men længere eksponeringer på dage eller uger vil sandsynligvis have en effekt. Dette tager ikke højde for effekten af ​​stråling på vores celler og DNA, men vi ved allerede, hvordan vi beskytter mod stråling.

Forskere ser på to måder at beskytte mod de negative virkninger af mikrogravitation på vores biologi:intervention på cellulært niveau, ved hjælp af lægemidler eller nanoteknologi, og intervention på miljøniveau ved at simulere Jordens tyngdekraft i rumfartøjer eller kolonier uden for verden. Begge studieretninger er i deres tidlige stadier.

Alligevel giver studier af stamceller i rummet et værdifuldt vindue til, hvordan graviditet kunne fungere eller ikke fungere, når vi er uden for Jordens gravitationsfelt. For nu kan de, der er heldige nok til at tage til rummet, gøre klogt i at undgå at forsøge at blive gravide før, under eller direkte efter en rumflyvning. + Udforsk yderligere

Udnyttelse af det ydre rum til at fremme stamcellevidenskab og medicin

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.