فضا چه تاثیری بر مغز دارد؟ آزمایش پیشگامانه ISS پاسخ می‌دهد!

میکروجاذبه به‌عنوان عاملی که بر عضلات، استخوان‌ها، سیستم ایمنی و شناخت تأثیر می‌گذارد، شناخته شده، اما اثرات خاص آن بر مغز تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است. برای بررسی این موضوع، دانشمندان Scripps Research با بنیاد سلول‌های بنیادی نیویورک همکاری کردند تا خوشه‌های کوچکی از سلول‌های مغزی به نام “ارگانوئید” را به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) ارسال کنند. این ارگانوئیدها از سلول‌های بنیادی مشتق و برای تقلید برخی جنبه‌های رشد مغزی طراحی شده‌اند.

به‌طرز شگفت‌آوری، این ارگانوئیدها پس از یک ماه اقامت در مدار، سالم به زمین بازگشتند. با این حال، آن‌ها بلوغ تسریع‌شده‌ای نسبت به ارگانوئیدهای مشابهی که روی زمین رشد کرده بودند، نشان دادند. سلول‌هایی که در فضا قرار داشتند، به مرحله نزدیک‌تری به نورون‌های کاملاً توسعه‌یافته پیشرفت کردند و نشانه‌های اولیه تخصصی‌شدن را نشان دادند. این یافته‌ها که اخیراً در مجله Stem Cells Translational Medicine منتشر شده‌اند، بینش‌های جدیدی در مورد تأثیر سفر فضایی بر رشد عصبی و عملکرد مغز ارائه می‌دهند.

دکتر جین لورینگ، نویسنده همکار مقاله و استاد بازنشسته دپارتمان پزشکی مولکولی و مدیر بنیان‌گذار مرکز پزشکی بازساختی در Scripps Research، گفت:

اینکه این سلول‌ها در فضا زنده ماندند، یک شگفتی بزرگ بود. این تحقیق زمینه را برای آزمایش‌های آینده در فضا فراهم می‌کند که در آن می‌توان بخش‌های دیگری از مغز را که تحت تأثیر بیماری‌های نورودژنراتیو قرار می‌گیرند، بررسی کرد.

روش‌های نوآورانه برای مطالعه ارگانوئیدها در میکروجاذبه

روی زمین، تیم تحقیقاتی از سلول‌های بنیادی برای ایجاد ارگانوئیدهایی با نورون‌های قشری یا دوپامینرژیک استفاده کرد، که این نوع نورون‌ها در بیماری‌هایی مانند مالتیپل اسکلروزیس و پارکینسون (بیماری‌هایی که دکتر لورینگ برای دهه‌ها آن‌ها را مطالعه کرده است.) تأثیر می‌پذیرند. برخی از ارگانوئیدها همچنین شامل میکروگلیا، نوعی سلول ایمنی مقیم مغز بودند، تا تأثیر میکروجاذبه بر التهاب را بررسی کنند.

ارگانوئیدها معمولاً در محیطی مملو از مواد مغذی رشد می‌کنند که باید به‌طور مرتب تعویض شود تا تغذیه کافی سلول‌ها و حذف مواد زائد تضمین شود. برای اجتناب از نیاز به انجام کارهای آزمایشگاهی روی ایستگاه فضایی بین‌المللی، این تیم تحقیقاتی روشی برای رشد ارگانوئیدهای کوچک‌تر از معمول در پیال‌های کرایو (پیال‌های کوچک و هوابندی‌شده که برای انجماد عمیق طراحی شده‌اند) ابداع کردند.

این ارگانوئیدها در آزمایشگاه‌های مرکز فضایی کندی آماده و در یک انکوباتور مینیاتوری به ایستگاه فضایی بین‌المللی منتقل شدند. پس از یک ماه اقامت در مدار، آن‌ها به زمین بازگشتند و تیم تحقیقاتی نشان داد که این سلول‌ها سالم و دست‌نخورده باقی مانده‌اند.

تغییرات ژن و بلوغ سریع‌تر سلولی در میکروجاذبه

برای بررسی تأثیر محیط فضایی بر عملکردهای سلولی، تیم الگوهای بیان RNA سلول‌ها (معیاری برای فعالیت ژنی) را با ارگانوئیدهای مشابهی که روی زمین باقی مانده بودند، مقایسه کرد. به‌طرز شگفت‌آوری، ارگانوئیدهایی که در میکروجاذبه رشد کرده بودند، سطوح بالاتری از ژن‌های مرتبط با بلوغ و سطوح پایین‌تری از ژن‌های مرتبط با تکثیر نشان دادند. این بدین معناست که سلول‌های در معرض میکروجاذبه سریع‌تر رشد کردند و کمتر از سلول‌های روی زمین تکثیر شدند.

لورینگ گفت:

ما دریافتیم که در هر دو نوع ارگانوئید، پروفایل بیان ژن مشخصه در مرحله‌ای پیشرفته‌تر از رشد نسبت به ارگانوئید روی زمین، بود. در میکروجاذبه، آن‌ها سریع‌تر رشد کردند، اما مهم است بدانیم که این‌ها نورون‌های بالغ نبودند، بنابراین این تحقیق چیزی درباره پیری به ما نمی‌گوید.

این تیم تحقیقاتی همچنین متوجه شد که برخلاف فرضیه اولیه، در ارگانوئیدهای رشدیافته در میکروجاذبه، التهاب کمتر و بیان ژن‌های مرتبط با استرس پایین‌تر بود، اما تحقیقات بیشتری برای تعیین علت این وضعیت لازم است.

لورینگ حدس می‌زند که شرایط میکروجاذبه ممکن است بیشتر شبیه شرایطی باشد که سلول‌ها در مغز تجربه می‌کنند، در مقایسه با ارگانوئیدهایی که تحت شرایط آزمایشگاهی معمولی و در حضور جاذبه رشد می‌کنند.

لورینگ گفت:

ویژگی‌های میکروجاذبه احتمالاً در مغز انسان نیز عمل می‌کنند، زیرا در میکروجاذبه جابجایی طبیعی مواد (همرفت) وجود ندارد، به عبارت دیگر، مواد حرکت نمی‌کنند. فکر می‌کنم در فضا، این ارگانوئیدها بیشتر شبیه مغز عمل می‌کنند، زیرا با حجم زیادی از محیط کشت یا اکسیژن شستشو نمی‌شوند. آن‌ها بسیار مستقل هستند و چیزی شبیه یک مغز کوچک یا ریزمغز تشکیل می‌دهند.

این مقاله اولین مأموریت فضایی تیم را توصیف می‌کند، اما از آن زمان تاکنون چهار مأموریت دیگر به ایستگاه فضایی بین‌المللی ارسال شده است. در هر مأموریت، شرایط اولین مأموریت تکرار شده و آزمایش‌های جدیدی به آن اضافه شده است.

لورینگ گفت:

مرحله بعدی ما مطالعه بخشی از مغز است که بیشترین تأثیر را از بیماری آلزایمر می‌پذیرد. ما همچنین می‌خواهیم بدانیم که آیا در فضا تفاوت‌هایی در نحوه اتصال نورون‌ها به یکدیگر وجود دارد یا نه. در این نوع مطالعات نمی‌توان به تحقیقات قبلی برای پیش‌بینی نتایج اتکا کرد، زیرا هیچ تحقیقی پیش از این انجام نشده است. ما در واقع بر روی زمین، زمینه‌ساز این حوزه در آسمان هستیم.

منبع: Scitechdaily