به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، میکروگرانش (بی‌وزنی) تغییرات زیادی در ماهیچه‌ها، استخوان‌ها، سیستم ایمنی و شناخت ایجاد می‌کند، اما تأثیرات خاص آن بر مغز هنوز به طور کامل شناخته نشده است. برای بررسی نحوه واکنش سلول‌های مغزی به میکروگرانش، دانشمندان از موسسه تحقیقات اسکریپس، به همراه بنیاد سلول‌های بنیادی نیویورک، توده‌های کوچکی از سلول‌های مغزی مشتق شده از سلول‌های بنیادی به نام «ارگانوئید» را به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) فرستادند. جالب توجه است که این ارگانوئیدها پس از بازگشت از فضا و گذشت یک ماه، همچنان سالم بودند، اما سلول‌ها نسبت به ارگانوئیدهای مشابهی که در زمین رشد کرده بودند، سریع‌تر به بلوغ رسیدند. این سلول‌ها به مراحل بلوغ نزدیک‌تر شده بودند و نشانه‌هایی از تخصص‌گرایی نشان می‌دادند. این نتایج که می‌توانند نور جدیدی بر اثرات احتمالی سفر فضایی بر مغز بیفکند، در تاریخ ۲۳ اکتبر ۲۰۲۴ در نشریه Stem Cells Translational Medicine منتشر شد.

تولید ارگانوئید در ایستگاه فضایی بین‌المللی

تحقیقات زیستی تجربی در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) در مدار پایین زمین (LEO) با هدف درک اثرات میکروگرانش بر سلامت انسان و همچنین بررسی استفاده از ایستگاه فضایی به عنوان یک بستر برای بهبود مدل‌سازی بیماری‌ها و توسعه دارو انجام می‌شود. مطالعات انجام شده تاکنون نشان داده‌اند که میکروگرانش تغییراتی در سیستم‌های عضلانی و اسکلتی، سیستم ایمنی محیطی ایجاد می‌کند و می‌تواند بر عملکرد دستگاه تعادلی (وزنی) و شناخت تأثیر بگذارد. سلول‌های مشتق شده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (iPSCs) می‌توانند برای ساخت مدل‌های in vitro مرتبط با ارگان‌های انسانی استفاده شوند تا تغییرات عملکردی و ساختاری که ممکن است برای سلامت انسان در فضا و زمین اهمیت داشته باشد، مورد بررسی قرار گیرد. به دلیل علاقه ما به بیماری‌های دژنراتیو دستگاه عصبی مرکزی (CNS)، سلول‌های عصبی مشتق شده از iPSC افراد مبتلا به مولتیپل اسکلروزیس پیشرفت‌کننده اولیه (PPMS) و بیماری پارکینسون (PD) را شامل کردیم. ما توده‌های سه‌بعدی سلولی به نام ارگانوئید ایجاد کردیم که حاوی نورون‌های قشری یا دوپامینرژیک مشتق شده از iPSC بودند تا جمعیت‌های نورونی آسیب‌پذیرتر در MS و PD را مدل‌سازی کنیم. برای بهبود کاربرد این مدل‌های ساده نورونی، میکروگلیا که بخشی از سیستم ایمنی مقیم در CNS هستند را به بخشی از ارگانوئیدها اضافه کردیم.

ساخت ارگانوئیدهایی برای مولتیپل اسکلروزیس و پارکینسون

دکتر جین لورینگ، نویسنده همکار این تحقیق و استاد بازنشسته در دپارتمان پزشکی مولکولی و بنیان‌گذار مرکز پزشکی بازسازی‌شونده در موسسه اسکریپس، گفت: «اینکه این سلول‌ها در فضا زنده ماندند، یک هیجان بزرگ بود. این تحقیق زمینه را برای انجام آزمایش‌های آینده در فضا فراهم می‌کند که می‌توانند بخش‌های دیگری از مغز که تحت تأثیر بیماری‌های نورودژنراتیو قرار دارند، مورد بررسی قرار دهند.» در زمین، تیم تحقیقاتی از سلول‌های بنیادی برای ساخت ارگانوئیدهایی که شامل نورون‌های قشری یا دوپامینرژیک بودند، استفاده کرد. این نورون‌ها در بیماری‌هایی مانند مولتیپل اسکلروزیس و بیماری پارکینسون تحت تأثیر قرار می‌گیرند. بیماری‌هایی که دکتر لورینگ به مدت ده‌ها سال آنها را مطالعه کرده است. برخی از ارگانوئیدها همچنین شامل میکروگلیا، نوعی سلول ایمنی مغز، بودند تا تأثیر میکروگرانش بر التهاب مغز مورد بررسی قرار گیرد.

شیوه تحقیقاتی

ارگانوئیدها معمولاً در یک محیط مایع غنی از مواد مغذی رشد می‌کنند که باید به طور منظم تغییر داده شود تا سلول‌ها تغذیه کافی دریافت کنند و محصولات زائد از بین بروند. برای جلوگیری از نیاز به کار آزمایشگاهی در ایستگاه فضایی، تیم تحقیقاتی یک روش جدید برای رشد ارگانوئیدهای کوچکتر در ویال‌های منجمد کوچک که در ابتدا برای انجماد عمیق طراحی شده بودند، ابداع کردند. این ارگانوئیدها در آزمایشگاه‌های ایستگاه فضایی کندی آماده شدند و در یک انکوباتور مینیاتوری به ایستگاه فضایی بین‌المللی فرستاده شدند. پس از یک ماه اقامت در فضا، ارگانوئیدها به زمین بازگشتند و تیم تحقیقاتی نشان داد که آنها همچنان سالم و دست نخورده باقی مانده‌اند. برای بررسی اینکه محیط فضایی چه تأثیری بر عملکرد سلولی می‌گذارد، تیم تحقیقاتی الگوهای بیان RNA سلول‌ها( معیاری برای فعالیت ژنی ) را با ارگانوئیدهای «کنترل زمینی» که در زمین باقی مانده بودند، مقایسه کردند.

نتایج کسب شده

جالب اینجاست که آنها دریافتند ارگانوئیدهای رشد یافته در میکروگرانش، سطوح بالاتری از ژن‌های مرتبط با بلوغ و سطوح کمتری از ژن‌های مرتبط با تکثیر داشتند. این بدان معناست که سلول‌های تحت تأثیر میکروگرانش نسبت به ارگانوئیدهایی که در زمین رشد کرده بودند، سریع‌تر توسعه یافته و کمتر تکثیر شدند. دکتر لورینگ گفت: «ما متوجه شدیم که در هر دو نوع ارگانوئید، پروفایل بیان ژنی مشابه به یک مرحله بلوغ قدیمی‌تر از ارگانوئیدهای زمینی بود. در میکروگرانش، آنها سریع‌تر رشد کردند، اما بسیار مهم است که بدانیم این سلول‌ها نورون‌های بالغ نبودند، بنابراین این تحقیق چیزی در مورد پیری نمی‌گوید.» تیم تحقیقاتی همچنین متوجه شد که برخلاف فرضیه اولیه آنها، التهاب کمتری در ارگانوئیدهای رشد یافته در میکروگرانش و نیز کاهش بیان ژن‌های مرتبط با استرس مشاهده شد، اما تحقیقات بیشتری لازم است تا دلیل این پدیده مشخص شود. دکتر لورینگ گمان می‌کند که شرایط میکروگرانش در مقایسه با ارگانوئیدهایی که تحت شرایط آزمایشگاهی معمولی و در حضور گرانش رشد می‌کنند، ممکن است شرایطی مشابه‌تری با آنچه که سلول‌ها در مغز تجربه می‌کنند، فراهم کند.  او گفت: «ویژگی‌های میکروگرانش احتمالاً مشابه شرایطی است که در مغز انسان‌ها وجود دارد، زیرا در میکروگرانش، هیچ همرفتی (جریان طبیعی مایعات و گازها) وجود ندارد.به عبارت دیگر، چیزها حرکت نمی‌کنند. من فکر می‌کنم که در فضا، این ارگانوئیدها بیشتر شبیه مغز هستند، زیرا با مقدار زیادی محیط کشت یا اکسیژن شسته نمی‌شوند. آنها کاملاً مستقل هستند؛ چیزی شبیه به مغزک کوچک یا میکروکوزم مغز تشکیل می‌دهند.»

هدف بعدی ما مطالعه بخشی از مغز است

این مقاله اولین ماموریت تیم تحقیقاتی را توصیف می‌کند، اما از آن زمان تاکنون آنها پنج ماموریت دیگر به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال کرده‌اند. در هر یک از این ماموریت‌ها، شرایط مشابهی با ماموریت اول شبیه‌سازی شده و آزمایشات اضافی انجام شده است. دکتر لورینگ افزود: «هدف بعدی ما مطالعه بخشی از مغز است که بیشترین تأثیر را از بیماری آلزایمر می‌پذیرد. همچنین می‌خواهیم بدانیم که آیا تفاوت‌هایی در نحوه اتصال نورون‌ها به یکدیگر در فضا وجود دارد یا خیر. با این نوع مطالعات، نمی‌توان به کارهای قبلی برای پیش‌بینی نتیجه تکیه کرد، زیرا هیچ‌گونه کار قبلی وجود ندارد. ما در واقع در مرحله آغازین هستیم، به‌طور دقیق‌تر، در آسمان هستیم اما در مرحله ابتدایی.»

پایان مطلب/.