В момента в космоса учените отглеждат малки, триизмерни модели на човешки органи. Това, което може да изглежда като сцена, извадена от началото на научнофантастичен филм, всъщност е сравнително ново приложение на вид изследване, което вече нарушава границите на откритията на Земята.
От малки, туптящи сърца да се „мини-мозъци„, така наречените органоиди обикновено се отглеждат от човешки стволови клетки, които с помощта на коктейл от химикали за растеж могат да бъдат изтласкани до се самоорганизират в 3D структури които приличат на тъкани в човешкото тяло. За разлика от традиционните животински модели, като мишки или маймуни, органоидите позволяват на учените да пресъздадат по-точно уникалните сложности на човешките органи. Следователно тези малки органи могат да помогнат за ускоряване на разработването на лекарства, като помогнат да се разкрие кои съединения наистина ще действат при хората и кои не.
Изследванията на органоидите могат да бъдат описани като извън този свят – в някои случаи, буквално така.
От 2019 г. миниатюрни модели на органи — включително Мозъкът, сърце и гърди — са отгледани на Международната космическа станция (МКС). Но това изследване повдига въпрос: Защо учените изработват миниатюрни органи в космоса?
Свързани: Малки тестиси, отгледани в лаборатория, изглеждат удивително като истински под микроскоп
Стареещи органоиди в микрогравитация
Една от причините е, че суровата среда в космоса може да помогне на учените да изследват стареенето и свързаните с него разстройства, които засягат хората на Земята.
Алисон Муотрипрофесор по педиатрия в Калифорнийския университет в Сан Диего (UCSD), изпраща човешки стволови клетки на МКС в продължение на годинис цел разрастване мозъчни органоиди които моделират различни заболявания. Нарушения като Болест на Алцхаймер може да отнеме десетилетия, за да се развие в човек, но проучванията показват, че ниска гравитация в космоса мога ускоряват стареенето в клетките. И така, чрез изучаване на мозъчни органоиди в микрогравитация, учените биха могли да определят как се случват промените, свързани с възрастта, и да помогнат за разработването на лечения за предотвратяването им.
Много подходи за моделиране на стареещия мозък включват стресиране на неврони в лабораторни съдове, например чрез добавяне на определени химикали. Тези експерименти обаче не улавят какво наистина се случва с остаряването на тялото, каза Муотри пред Live Science. „Вие не получавате като каскада от молекули във вашия мозък това те остарява за една нощ“, каза той.
Органоидното изследване на екипа е вдъхновено от Проучване на близнаци на НАСАпо време на който астронавтът Скот Кели отиде в място за една година докато неговият идентичен брат близнак, Марк, остана на Земята. Когато Скот се върна, той показа признаци на подобрение когнитивен спад в сравнение с брат си; за него беше по-трудно да учи и запомня неща, например.
Не е известно защо са наблюдавани тези ефекти, каза Муотри. Една теория е, че това може да се дължи на микрогравитацията намалява активността на ензим, наречен теломераза, който помага за обръщане на естествения процес, при който участъци от ДНК в края на нашия хромозоми съкращавам докато остаряваме, каза той. Тези ъгли в краищата на нашата ДНК се наричат теломерии тъй като свиването на теломерите е свързано със стареенето, смятат някои учени удължаването на теломерите може да се бори със стареенето и удължава продължителността на човешкия живот.
В предстоящ документ екипът на Муотри ще опише напълно как се държат мозъчните органоиди на МКС – но от това, което могат да кажат досега, органоидите, които вече са се върнали на Земята, показват признаци на ускорено стареене, каза Муотри. Мозъчните органоиди показват характеристики на неврологични заболявания, като дегенерация и клетъчен стрес, често наблюдавани при няколко състояния. Това позволи на изследователите да тестват нови кандидати за лекарства за болестите, с обещаващи ранни открития.
„Първата статия ще докладва за първото лекарство, открито в космоса за мозъчно заболяване“, каза Муотри. Точната дата на публикуване обаче все още не е потвърдена.
Свързани: В 1-во, „мини мозъци“, израснали от фетална мозъчна тъкан
Малки тумори в космоса
Двойното проучване на НАСА също вдъхнови друг изследователски екип на UCSD за отглеждане на органоиди в космоса — но по-скоро отколкото минимозъци, те са малки тумори. Екипът се ръководи от Д-р Катриона Джеймисънпрофесор по медицина.
След завръщането си на Земята, Скот Кели е установено, че има признаци на скъсени теломери, увреждане на ДНК и сигнални молекули в кръвта му, за които е известно, че активират определени гени, които позволяват на рака да расте и да се разпространява. Това предполага, че стресовите условия в космоса биха могли по някакъв начин да стимулират рак растеж и следователно може да бъде добър модел за изучаване на това как се развива болестта, каза Джеймисън пред Live Science.
Екипът започна с изпращане на кръвни стволови клетки в космоса и след това само един месец, клетките показват признаци на включване на генетични мутации, свързани с рака. Тези промени са свързани с необичаен растеж и делене в клетките.
След това изследователите изпратиха куп туморни органоидни модели на левкемия, рак на дебелото черво и рак на гърдата в космоса с частния Аксиома Мисия 1. Те установиха, че моделите също са нараснали „драматично“, докато са били на борда. Клетките в органоидите също включиха ген, наречен ADAR1, който кодира ензим, за който се смята, че позволяват на рака да се размножава. В отделен експеримент екипът успя да покаже, че две лекарства, които инхибират ADAR1 – федратиниб и ребексиниб – могат да забавят растежа на миниатюрните тумори.
Сега, като част от последното им изстрелване към МКС през януари 2024 г., екипът тества потенциала за унищожаване на рака на тези лекарства в повече органоиди за рак на гърдата.
„Много сме доволни да работим с НАСА в опитите да ускорим разработването на първите в света инхибитори на ADAR, малка молекула, която ще се прилага интравенозно“, каза Джеймисън.
Свързани: Учените разработват „плачещ“ модел на човешка очна тъкан
Бъдещето на органоидите в космоса
Това изследване е както за защита на хората на Земята, така и за подпомагане на астронавтите в космоса. Един ден, например, Джеймисън си представя, че хората, участващи в търговски космически полети, могат да получат хапче, преди да отидат, за да предпазят стволовите клетки в кръвта им от превръщане в рак. Назад на Земята, използвайки своите открития в космоса, изследователите планират да започнат клинично изпитване на ребексиниб по-късно тази година, за да насочат миелофиброзарак на кръвта, който засяга костния мозък.
Други изследователи са се възползвали от потенциалните двойни ползи от този вид извънземни изследвания. Те включват Катрин Юнгдоцент във Факултета по фармация към Университета на Вашингтон, чийто екип изучава как околната среда на ускорено стареене в космоса засяга бъбреците.
Вместо органоиди, екипът на Yeung използва различен модел на човешка тъкан, известен като „орган върху чип“ устройство. Тази технология имитира човешки тъкани на устройства с размер на кредитна карта и се разглежда като допълнение към органоидите.
Свързани: Учените изобретяват първата „вагина върху чип“
„Ако можем да научим неща от космоса, които могат да ни помогнат да лекуваме условията на Земята, мисля, че това е основната цел – не знам дали трябва да избираме едното или другото“, каза Йеунг пред Live Science.
Отглеждането на органоиди на МКС е много различно от това на Земята, каза Муотри. Например, вие сте ограничени от количеството лабораторно оборудване, което можете да имате, и винаги има риск изстрелването на ракетата да бъде отменено в последния момент, каза той. Връщането на органоидите на Земята също може да бъде доста „опасно“, каза Джеймисън, тъй като товарът, носен от космическия кораб, често се приземява в океана.
Въпреки това, експертите се надяват да използват тези органоиди, за да надминат нови граници на откритията.
„Вълнувам се от работата в космоса“, каза Джеймисън. „Мисля, че това е буквална лунна снимка на рак и открихме превключвател за убиване на рака.“
Някога се чудите защо някои хора изграждат мускули по-лесно от други или защо луничките излизат на слънце? Изпратете ни вашите въпроси за това как функционира човешкото тяло [email protected] с тема „Health Desk Q“ и може да видите отговор на въпроса си на уебсайта!