Onderzoekers die neurologische ziekten bestuderen, worden geconfronteerd met verschillende ontmoedigende uitdagingen. Voor een ding, het kan jaren of zelfs decennia duren voordat deze aandoeningen zich ontwikkelen. Daarbovenop, experimenteren met de hersenen van gezonde mensen is gewoon niet ethisch, en geschikte menselijke neurologische modellen zijn niet direct beschikbaar.

Een onderzoek dat hersenorganoïden naar het internationale ruimtestation stuurde, kan beide uitdagingen helpen aangaan.

Het effect van microzwaartekracht op menselijke hersenorganoïden (Space Tango-Human Brain Organoids) bestudeert hoe microzwaartekracht de basisfuncties van hersencellen beïnvloedt, inclusief overleven, migratie en metabolisme, en de vorming van neurale netwerken. Het menselijk brein bestaat uit veel van deze netwerken van neuronen of zenuwcellen die met elkaar zijn verbonden om de informatie die van onze zintuigen wordt ontvangen, door te geven en te verwerken.

Hersenorganoïden zijn kleine levende massa's hersencellen die functionele neurale netwerken vormen en zichzelf organiseren in 3D-structuren die lijken op delen van het menselijk brein. Wetenschappers zijn onlangs begonnen deze organoïden te gebruiken voor een reeks onderzoeken naar de hersenfunctie hier op aarde. De witte, structuren ter grootte van een erwt bootsen de vroege stadia van de ontwikkeling van het menselijk brein na en bieden een model voor het bestuderen van de biologische processen die betrokken zijn bij neurologische aandoeningen en veroudering.

Het ruimteonderzoek maakt gebruik van het feit dat in microzwaartekracht, het menselijk lichaam ervaart veranderingen die lijken op versnelde veroudering. Studies tonen aan dat slagaderwanden stijver en dikker worden in de ruimte, bijvoorbeeld, hetzelfde als wanneer mensen ouder worden op aarde.

"Laat beginnende Alzheimer, bijvoorbeeld, duurt 60 of 70 jaar om zich bij een individu te ontwikkelen, " zei hoofdonderzoeker Alysson Muotri, hoofd van een onderzoekslaboratorium aan de University of California San Diego in La Jolla. "Met organoïden in het lab, het kan ongeveer even lang duren. Dat is een lange tijd om deze cellen in leven te houden. Als we de ziekteontwikkeling zouden kunnen versnellen, zouden we een model kunnen maken waarmee we kunnen zien hoe problemen zich ontwikkelen en, misschien, hoe ze te verminderen."

Organoïden modelleren slechts een fractie van de hersenen, Muotri legde uit, toch kan een deel van de organisatie van hersenweefsels nabootsen. "Ze bieden een hulpmiddel om toegang te krijgen tot de ontwikkelingsfase van de hersenen, wat een zeer belangrijke fase is voor het opzetten van de eerste bedrading van neurale netwerken, "zei hij. "Een probleem in dat stadium kan je de rest van je leven beïnvloeden."

Toen ze in juli de ruimte in gingen, de organoïden waren een maand oud, een punt waarop hun cellen zich snel vermenigvuldigden en differentieerden, of verschillende soorten cellen worden. Ze bleven 27 dagen in het ronddraaiende laboratorium voordat ze terugkeerden naar de aarde voor analyse.

Eerder onderzoek levert bewijs voor hoe sommige cellen en weefsels in het lichaam sneller 'verouderen' in de ruimte. Dit zijn de eerste organoïden van het menselijk brein die naar de ruimte reizen, dus het is nog niet duidelijk hoe microzwaartekracht hun ontwikkeling kan beïnvloeden.

Op het eerste gezicht, Muotri zegt dat het erop lijkt dat de ruimtereizende organoïden hun vorm hebben behouden en mogelijk groter zijn geworden. Verdere analyse zou dat kunnen bevestigen en eventuele veranderingen in hun DNA en genexpressie kunnen identificeren.

Zorgen voor organoïden tijdens studies die maanden duren, zo niet jaren, kan erg tijdrovend zijn. Het onderzoek ontwikkelde speciale hardware om de organoïden autonoom te laten groeien, die hun gebruik voor onderzoek in de ruimte en op aarde aanzienlijk zouden kunnen vereenvoudigen.

Naast het bevorderen van het begrip van de ontwikkeling van ziekten die de hersenen aantasten, dit onderzoek is van fundamenteel belang voor de bescherming van de menselijke gezondheid tijdens ruimteverkenning.

"We willen zien of de organoïden overleven en of cellen repliceren en verbindingen vormen, "Zei Muotri. "Dit heeft gevolgen voor de ruimtevaart op lange termijn en de kolonisatie van toekomstige planeten."

Muotri zegt dat toekomstige studies nieuwe organoïden kunnen maken van afzonderlijke cellen in de ruimte, en anderen zouden ze langer op het ruimtestation kunnen houden om latere ontwikkelingsfasen te bestuderen.

Voor nu, het huidige onderzoek bevordert de organoïde technologie, die helpt bij het aanpakken van uitdagingen die betrokken zijn bij het leren van meer over het menselijk brein.

Het ISS U.S. National Laboratory sponsorde dit onderzoek en Space Tango ontwierp de hardware voor zijn CubeLabs-platform.