Людські органоїди, запущені в космос, продемонстрували унікальні можливості

Міні-мозки людини у невеликих пробірках здивували вчених, виживши під час перебування на низькій орбіті Землі. Американські дослідники у 2019 році відправили на Міжнародну космічну станцію (МКС) лабораторно вирощені фрагменти людської нервової тканини, відомі як органоїди. Через місяць вони отримали назад несподівані результати. Не тільки клітини залишилися здоровими та продовжували розвиватися після кількох тижнів у невагомості, але й дозрівали швидше, ніж аналогічні клітини на Землі.

«Той факт, що ці клітини вижили у космосі, став для нас великим здивуванням», — зазначила молекулярна біологиня Джинн Лорінг із Науково-дослідного інституту Скріппса. «Це закладає основу для майбутніх експериментів у космосі, де ми зможемо досліджувати інші частини мозку, які зазнають впливу нейродегенеративних захворювань».

МКС надає унікальні можливості для досліджень. Вона дозволяє вивчати вплив мікрогравітації на людські клітини, що має значення не лише для астронавтів, які складають незначну частину людства, але й для медичних досліджень на Землі. МКС також може слугувати платформою для моделювання хвороб і розробки ліків.

Команда дослідників під керівництвом молекулярного біолога Девіда Маротта з Національної лабораторії Міжнародної космічної станції вирішила дослідити вплив мікрогравітації на мозок людини; зокрема нейрони, які уражені нейродегенеративними станами, такими як розсіяний склероз і хвороба Паркінсона.

Вони виростили свої органоїди в лабораторії, використовуючи індуковані людиною плюрипотентні стовбурові клітини здорових донорів і пацієнтів з РС і хворобою Паркінсона. Це стовбурові клітини, створені шляхом взяття нормальних клітин дорослої людини та повернення їх до точки розвитку клітини до того, як вона диференціювалася в певний тип.

Потім стовбурові клітини спонукали до розвитку нейронів, зокрема кортикальних або дофамінергічних нейронів, на які впливають ці нейродегенеративні стани. Деякі з органоїдів також включали імунні клітини мозку, які називаються мікроглією. Такі скупчення клітин не мають нічого, що навіть віддалено наближається до відчуття. Органоїди, виготовлені з цих клітин, були виготовлені в спеціально розроблених кріопробірках на Землі та розділені на дві групи. Деякі залишилися тут, на землі; інші були запущені в космос, щоб провести місяць розробки на навколоземній орбіті на борту МКС.

Коли органоїди були доставлені на Землю, дослідники уважно вивчили їх, щоб побачити, чим вони відрізняються від тих, що залишилися тут, на поверхні. Той факт, що органоїди вижили та були здоровими, був досить великим сюрпризом, але також були помітні відмінності між земними та космічними групами, незалежно від того, чи були вони вирощені від здорових донорів чи пацієнтів із нейродегенеративними захворюваннями.

Космічні органоїди мали більшу експресію генів, пов’язаних із дозріванням клітин, але меншу кількість пов’язаних із клітинною проліферацією, ніж земні – виявивши, що органоїдні клітини реплікувалися повільніше в космосі, але дозрівали швидше. Ще одне цікаве відкриття полягало в тому, що органоїди, які літали в космос, експресували менше генів, пов’язаних зі стресом, і виявляли менше запалення, ніж очікували дослідники на основі порівняння з органоїдами Землі. Це може бути тому, що мікрогравітація ближча до умов усередині людського черепа, ніж перебування у флаконі в умовах земної гравітації.

«Характеристики мікрогравітації, ймовірно, також діють у мозку людей, тому що в мікрогравітації немає конвекції – іншими словами, речі не рухаються», – каже Лорінг. «Я думаю, що в космосі ці органоїди більше схожі на мозок, тому що їх не промиває ціла купа культурального середовища або кисню. Вони дуже незалежні; вони утворюють щось на зразок мозку, мікрокосмос мозку. «

Ця інтригуюча знахідка свідчить про те, що мікрогравітація може бути проксі умов, які є більш природними для органоїдів мозку, ніж культуральні судини на Землі, з яких вони зазвичай вивчаються. Мікрогравітація може стати лабораторією для вивчення того, як клітини мозку реагують на певні стресори або ліки в умовах, ближчих до тих, які відчуває мозок людини в житті.

«Наступне, що ми плануємо зробити, — це вивчити частину мозку, яка найбільше уражена хворобою Альцгеймера», — каже Лорінг. «Ми також хочемо знати, чи існують відмінності в тому, як нейрони з’єднуються один з одним у просторі. З такими дослідженнями ви не можете покладатися на попередні дослідження, щоб передбачити, яким буде результат, оскільки попередніх досліджень немає. Ми «на першому поверсі, так би мовити, на небі, але на першому поверсі». Дослідження опубліковано в Stem Cells Translational Medicine.