Fragen und Antworten: Weltraum

Healio-Interviews

Healio-Interviews

Angesichts der zunehmenden kommerziellen Raumfahrt und der immer längeren Aufenthalte von Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation versuchen Forscher, die Auswirkungen der Mikrogravitation im erdnahen Orbit auf die Funktion des Herzens zu verstehen.

Arun Sharma, PhD,Assistenzprofessor für biomedizinische Wissenschaften und Forschungswissenschaftler am Smidt Heart Institute, am Regenerative Medicine Institute und am Cedars-Sinai Cancer Institute am Cedars-Sinai sowie Kollegen an der Stanford University arbeiteten mit Forschern am International Space Station National Laboratory zusammen, um genau das zu erreichen.

Ihr Experiment wird von einem NASA-Astronauten überwachtKate Rubin, Doktor,Die Forscher verwendeten vom Menschen induzierte pluripotente Kardiomyozyten aus Stammzellen (hiPSC-CMs), um die Auswirkungen der Mikrogravitation im erdnahen Orbit auf Messungen der Herzfunktion und Genexpression zu untersuchen.

Die hiPSC-CMs wurden im Rahmen einer kommerziellen Versorgungsmission an Bord eines SpaceX Dragon-Transporters zur Raumstation geschickt und 5,5 Wochen lang kultiviert.

Sharma und Kollegen beobachteten, dass die Schwerelosigkeitsexposition mit einem erhöhten Tau des vorübergehenden Zerfalls von hiPSC-CM Ca2+ verbunden war, was auf eine verringerte Kalziumrecyclingrate hinweist, die nach der Rückkehr zu normalen Schwerkraftbedingungen bestehen blieb, so die in Stem Cell Reports veröffentlichten Ergebnisse.

Darüber hinaus zeigten RNA-Analysen, dass 2.635 Gene – einschließlich derjenigen, die mit dem mitochondrialen Stoffwechsel in Zusammenhang stehen – in der Schwerelosigkeit unterschiedlich exprimiert wurden; Allerdings normalisierten sich die Genexpressionssignaturen nach der Rückkehr zur normalen Schwerkraft wieder.

Auf der Internationalen Forschungs- und Entwicklungskonferenz der Raumstation im Juli wird Sharma nebenbei ein Kamingespräch veranstaltenStefanie Countryman, Direktor von BioServe Space Technologies, dem Unternehmen, das für diese Studie verwendete Stammzellkulturschalen entwickelt hat, um die Zukunft der CV-Forschung im Weltraum zu diskutieren.

Sharma sprach mit Healio über diese Forschung, die Zusammenarbeit mit Kollegen an Bord der Raumstation und darüber, was diese Ergebnisse für die CV-Gesundheit beider Personen im Weltraum bedeuten, sowie über die Erkenntnisse über Herzen hier auf der Erde.

Healio: SJa, hast du dich dafür entschieden?Verfolgen Sie diesbestimmtes GebietvonLebenslaufForschung?

Sharma: Wir haben uns entschieden, diesen Forschungsbereich weiterzuverfolgen, um besser zu verstehen, wie sich die Raumfahrt auf zellulärer Ebene auf das menschliche Herz auswirkt. Aus jahrzehntelangen Astronautenstudien wissen wir, was mit dem Herzen auf Organebene passiert, aber wir haben viel weniger Verständnis dafür, was mit den einzelnen Zellen des menschlichen Herzens passiert. Aus diesem Grund wollten wir aus pluripotenten Stammzellen gewonnene Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen) als zelluläres Modell des menschlichen Herzgewebes verwenden.

Healio: Können Sie einige Hintergrundinformationen dazu liefern, wie sich die Raumfahrt auf die Herzfunktion auswirkt?

Sharma: Das Herz ist ein Muskel und wie die anderen Muskeln des Körpers verändert es seine Form und Größe, wenn es länger der Schwerelosigkeit ausgesetzt ist und während der Raumfahrt. Das Herz und die anderen Muskeln des Körpers verlieren einen Teil ihrer Masse und erleiden eine sogenannte Atrophie. Das Herz verändert auch seine Form und wird im Gegensatz zu seiner normalen Faustform kugelförmiger.

Hallo:Was war derDesign und Ziel Ihrer Forschung: Kultivierung induzierter pluripotenter Stammzellen auf demInternationale Raumstation?

Sharma: Das Ziel unserer Studie war es zu verstehen, was auf zellulärer Ebene mit menschlichen Herzzellen während eines Raumflugs passiert. Deshalb haben wir uns die Vorteile von hiPSCs zunutze gemacht, die uns die Massenproduktion menschlicher Herzzellen aus nur wenigen Blutstropfen ermöglichen. Wir „programmieren“ diese Blutzellen in einem Prozess, der einen Monat dauert, in hiPS-Zellen um. Sobald die hiPS-Zellen hergestellt sind, können sie innerhalb weniger Wochen in schlagende menschliche Herzzellen umgewandelt werden.

Im Hinblick auf das Studiendesign stellten wir diese aus hiPSC gewonnenen Herzzellen her und schickten dann eine Probe dieser Zellen zur Raumstation, wo sie auf raumfahrtbedingte Veränderungen der Schlagfähigkeit, Form/Größe und Genexpression untersucht wurden. Wir haben in unserem Labor auf der Erde auch einen „parallelen“ Satz von hiPSC-abgeleiteten Herzzellen gezüchtet, um als Vergleich für dieses Experiment zu dienen.

Healio: Washast du gelernt?

Sharma: Wir fanden heraus, dass sich menschliche Herzzellen schnell an die Mikrogravitationsumgebung anpassen, indem sie ihre Schlagfähigkeit und Genexpression verändern. Diese Veränderungen können innerhalb weniger Tage nach der Platzierung der Zellen im Orbit auftreten.

Healio: Wie können diese Daten genutzt werden, um sicherzustellenLebenslaufGesundheit der Teilnehmer an der Raumfahrt?

Sharma:Möglicherweise können wir diese Daten auf grundlegende Weise nutzen, um zu verstehen, wie das menschliche Herz im Weltraum funktioniert, und vielleicht könnten wir diese Zellen in Zukunft nutzen, um Gegenmaßnahmen zu entwickeln, um die Herzen und Muskeln von Astronauten über längere Zeiträume gesund und stark zu halten der Raumfahrt.

Healio: Haben diese Ergebnisse Auswirkungen auf die Verbesserung?LebenslaufGesundheit der Menschen hier auf der Erde?

Sharma:Die Veränderungen, die dem menschlichen Körper im Weltraum widerfahren, können einer Form des „beschleunigten Alterns“ ähneln, bei dem Muskeln, Knochen und Gewebe schneller als normal abgebaut und verändert werden.

Somit könnten unsere Studien genutzt werden, um Herzerkrankungen auf der Erde besser zu verstehen, bei denen Herzzellen aufgrund von Umwelt- oder genetischen Faktoren ungesund werden.

Healio: Gab es bei der Nutzung und/oder Kommunikation mit der Zellkultur besondere Herausforderungen oder Hürden?Einrichtungen an Bord derRaumstation?

Sharma: Die Raumstation ist ein außergewöhnlich einzigartiges Forschungsumfeld und die Fähigkeiten an Bord der Internationalen Raumstation sind ziemlich beeindruckend. Es gibt fortschrittliche Mikroskope und Zellwachstumsstationen, die mit dem vergleichbar sind, was in unseren biomedizinischen Labors auf der Erde verfügbar ist.

Es gibt technische Herausforderungen bei der Züchtung von Zellen im Weltraum, die einzigartige technische Lösungen erfordern. Um unsere Herzzellen im Weltraum in der Mikrogravitation wachsen zu lassen, haben wir mit biomedizinischen Ingenieuren von BioServe Space Technologies zusammengearbeitet, die maßgeschneiderte Zellkulturschalen für ein erweitertes Zellwachstum an Bord der Raumstation entwickelt haben.

Healio: Was können Sie uns über Ihr bevorstehendes Kamingespräch bei der 12. Jahrestagung erzählen?Internationale RaumstationForschungs- und Entwicklungskonferenz?

Sharma:Ich freue mich darauf, dieses Experiment und zukünftige geplante CV-Experimente mit Stefanie Countryman, Direktorin von BioServe Space Technologies, zu besprechenDonna Roberts, MD, des Internationalen Raumstation-Nationallabors. Es wird großartig sein, sowohl zurückzublicken als auch einen Blick nach vorne auf die nächste Phase der CV-Forschung im Weltraum zu werfen.

Healio: Welche weitere Forschung ist geplant und/oder erforderlich, um das besser zu verstehen?LebenslaufAuswirkungen der Raumfahrt?

Sharma: Zukünftige Studien werden neue Modellsysteme wie 3D-Herz-auf-einem-Chip-Konstrukte und 3D-Herzorganoidstrukturen verwenden, um ein besseres Verständnis der Funktionsweise des menschlichen Herzens im Weltraum zu erhalten. Da das Herz ein 3D-Organ ist, werden diese 3D-Modellsysteme der nächsten Generation dazu beitragen, unsere Studien auf die nächste Ebene zu heben.

Healio: Möchten Sie noch etwas hinzufügen?

Sharma: Unser Labor ist auch aktiv an anderen NASA-Studien beteiligt, die die Stammzellenproduktion und Bioproduktion im Weltraum untersuchen. Mehr dazu hier: https://www.cedarssinai.org/newsroom/mission-ax-2-set-to-launch-stem-cells-to-space/

Arun Sharma, PhD, kann unter [email protected] erreicht werden.