De ce încearcă oamenii de ştiinţă să crească țesuturi și organe în spaţiul cosmic?

Gravitația poate fi o adevărată piedică atunci când încercăm să creştem organe pe Pământ.

Din acest motiv experimentele în spațiul cosmic sunt atât de valoroase. Ele au dezvăluit o nouă perspectivă asupra științelor biologice, inclusiv noi idei privind realizarea țesuturilor umane.

Gravitația influențează comportamentul celular şi schimbă modul cum proteinele și genele interacționează în interiorul celulelor, creând țesut polarizat, un pas fundamental în dezvoltarea organelor naturale.

Din păcate, gravitația nu acţionează conform intereselor noastre atunci când încercăm să reproducem țesuturi complexe tridimensionale în laborator pentru transplant medical. Acest lucru este dificil din cauza limitărilor intrinseci ale bioreactoarelor utilizate pe Pământ.

Ca biolog mă ocup de celulele stem și sunt interesat de sănătatea și evoluția creierului uman.

În laboratorul meu se studiază modul cum se formează creierul uman în interiorul uterului și cum modificările acestui proces ar putea avea consecințe pe tot parcursul vieții asupra comportamentului uman, aşa cum se întâmplă în autism sau schizofrenie.

O parte din aceste cercetări includ creșterea celulelor creierului uman în spațiul cosmic.

Creșterea țesuturilor și a organelor în laborator

Pentru a obţine țesuturi organizate în laborator, oamenii de știință folosesc un „suport” astfel încât celulele să se poată ataşa de o suprafață pe baza unei forme rigide prestabilite.

De exemplu, un rinichi artificial are nevoie de o structură sau de un „suport” de o anumită formă pentru ca celulele renale să crească. Într-adevăr, această strategie ajută țesutul să se organizeze în primele etape, dar creează probleme pe termen lung, cum ar fi eventuale reacții imune la acest suport sintetic sau structură inexactă.

În schimb, în ​​lipsa gravitaţiei, celulele se pot autoorganiza, în mod liber, în structura lor tridimensională corectă, fără să fie nevoie de un substrat de tip „suport”.

Această biocultură le va permite biologilor să învețe despre impactul spațiului cosmic asupra sănătății umane, studiind celulele cultivate în mediul de microgravitație al Stației Spațiale Internaționale.

Credit: NASA/Ames Research Center/Dominic Hart

Eliminând gravitația din ecuație, cercetătorii pot învăța noi modalități de construire a țesuturilor umane, cum ar fi cartilajul și vasele de sânge, imitând aranjamentul celular natural într-un cadru artificial.

Chiar dacă în uter nu se întâmplă acest lucru, deoarece uterul este, de asemenea, supus gravitației, condițiile de lucru fără gravitaţie le oferă un avantaj cercetătorilor.

Astfel de experimente se desfăşoară pe Stația Spațială Internațională.

Aceste experimente îi ajută pe cercetători să optimizeze creșterea țesuturilor utilizate în medicina personalizată și transplantul de organe.

Există însă și alte motive pentru care ar trebui să producem organe în spațiul cosmic.

Misiunile spațiale pe termen lung generează o serie de modificări fiziologice în corpul astronauților. În timp ce unele dintre aceste modificări sunt reversibile în timp, altele nu sunt, ceea ce poate compromite viitoarele zboruri spațiale cu echipaj uman.

Studiind corpul astronauților înainte și după misiunea lor putem înţelege ce organe le-au fost, eventual, afectate, dar nu putem afla prea multe informații privind mecanismele responsabile de modificările fiziologice observate.

Astfel, creșterea țesuturilor umane în spațiul cosmic poate completa acest tip de investigație și poate dezvălui modalități de eliminare a efectelor negative ale misiunilor spaţiale, pe termen lung, asupra astronauţilor.

În cele din urmă, toate formele de viață despre care știm au evoluat în prezența microgravitației.

Fără gravitație, creierul uman ar fi putut evolua diferit, iar ficatul nostru nu ar fi putut filtra lichidele așa cum se întâmplă pe Pământ.

Recreând formarea organelor embrionare în spațiul cosmic, putem anticipa modul cum s-ar putea dezvolta corpul uman în uter.

Există mai multe proiecte de cercetare în laboratorul meu privind formarea şi dezvoltarea creierului uman pe Stația Spațială Internațională, concepute pentru a afla impactul gravitației zero asupra creierului uman în curs de dezvoltare. Aceste proiecte vor avea implicații profunde pentru o eventuală viitoare colonizare umană.

Oamenii se pot reproduce cu succes în spațiu?

Toate aceste studii vor îmbunătăți, de asemenea, obținerea unor organe artificiale care sunt utilizate pentru testarea medicamentelor și tratamentelor pe Pământ.

Putem spera că tratamente mai bune pentru tulburările de neurodezvoltare şi afecțiunile neurodegenerative, care afectează milioane de oameni, vor proveni în urma unor cercetări desfăşurate în spațiul cosmic?

Traducere şi adaptare după Why are scientists trying to manufacture organs în space?