Kan gewichtloosheid de groei van kanker stoppen? Een van de negen onderzoeksprojecten die groen licht hebben gekregen voor het nieuwe China Space Station, gepland voor 2022, is ontworpen om deze exacte vraag te beantwoorden.

De unieke laboratoriumomstandigheden die worden geboden door het International Space Station en het te lanceren China Space Station (CSS) maken onderzoek naar alles mogelijk, van ultrasone diagnostiek in microzwaartekracht tot studies van kristalgroei.

Nutsvoorzieningen, wanneer het Chinese ruimtestation klaar is om rond 2022 met onderzoeksprojecten te beginnen, het zal een ongewoon kankeronderzoeksproject omvatten genaamd "Tumors in Space, " onder leiding van een Canadese onderzoeker gevestigd in Noorwegen. Het project zal de rol van zowel microzwaartekracht als kosmische straling in tumorgroei en -ontwikkeling onderzoeken.

Het project is niet alleen een van de slechts negen die door het United Nations Office for Outer Space Affairs (UNOOSA) en de China Manned Space Agency (CMSA) zijn geselecteerd in het kader van hun programma om wetenschappers van over de hele wereld de mogelijkheid te bieden om experimenten te vliegen op de CSS, het is de enige van de 9 geselecteerden die wordt geleid door een vrouw.

"Het plan is om driedimensionale stamcelorganoïden van zowel gezond als kankerweefsel van dezelfde persoon de ruimte in te sturen. Hier zullen we mutaties bestuderen en kijken hoe het DNA van de cel wordt beïnvloed door gewichtloosheid en kosmische straling, " zegt Tricia L. Larose, Hoofdonderzoeker voor het Tumors in Space-project aan de Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU).

"Bij UNOOSA zijn we er trots op dat onze samenwerking met de China Manned Space Agency het mogelijk zal maken om zo'n interessant experiment aan boord van de CSS uit te voeren, " zei Simonetta Di Pippo, directeur van UNOOSA. "De ruimte opent voortdurend nieuwe grenzen voor de mensheid om vooruit te gaan, zoals blijkt uit dit project, die tot doel heeft nieuwe manieren te vinden om tumoren te verminderen, een van de belangrijkste moordenaars van onze tijd."

Gewichtloze tumoren

Het experiment zal gebaseerd zijn op driedimensionale kankertumoren, organoïden genoemd. Deze organoïden worden gekweekt uit volwassen menselijke stamcellen, die een soort cel zijn die zich onbeperkt kan delen en daarbij verschillende soorten cellen kan creëren. Onderzoekers hebben hun vermogen om organoïden te laten groeien geperfectioneerd, zodat ze in feite kleine structuren vormen die verschillende organen nabootsen.

Eerder kankeronderzoek dat in de ruimte is uitgevoerd, heeft eenvoudigere 2D-cellen gebruikt, die onderzoekers slechts beperkte informatie geven. De 3D-organoïden die in het project worden gebruikt, geven betere informatie, omdat ze dichter bij hun natuurlijke vorm staan ​​en ze kenmerken hebben van de organen die ze zijn gemaakt om na te bootsen.

De hypothese van Larose is dat de groei van kankerorganoïden zal vertragen of stoppen als ze niet worden beïnvloed door de zwaartekracht van de aarde. Eerder onderzoek naar tweedimensionale cellen heeft aangetoond dat gewichtloosheid een invloed heeft op genexpressie die verband houdt met tumorontwikkeling.

Herkennen van kankercelruis

Mutaties in kankercellen laten een soort vingerafdruk achter in het DNA van de cellen, een zogenaamde mutatiesignatuur; elke vorm van kanker heeft zijn eigen.

"Als we kijken naar mutatiesignaturen in kankercellen, er is veel 'lawaai'." Het geluid is iets waar we gewoon niet veel van weten, ", zegt Larose. "Een deel van mijn experimentele proces is het identificeren van nieuwe oorzaken van dat geluid, en een deel daarvan kan de zwaartekracht zijn"

Haar theorie is dat een deel van de onbekende "ruis" in de kankercellen er is als gevolg van de zwaartekracht. Omdat zowel gezonde cellen als cellen met kanker worden beïnvloed door de zwaartekracht, de onderzoekers moeten dit in de vingerafdrukken in al onze cellen kunnen detecteren.

"Ik ben op zoek naar de moleculaire vingerafdruk voor de zwaartekracht, " ze zei, gedeeltelijk omdat het de betekenis van een deel van het geluid in de kankercellen kan helpen verklaren.

Larose zegt dat de mutatiesignatuur van zwaartekracht nooit is bestudeerd of zelfs maar als concept is voorgesteld.

Hoewel er in de ruimte geen zwaartekracht is, er is kosmische straling. Het experiment zal ook testen hoe kosmische straling het DNA van de gezonde organoïden aantast en of dit leidt tot mutaties en kanker.

De verschillende oorzaken van kanker, zoals roken, UV-straling en ioniserende straling, laat ook mutatiesignaturen achter. Het identificeren van mutatiesignaturen van kankerverwekkende blootstellingen kan worden gebruikt voor risicovoorspelling, en om de etiologie van kanker beter te begrijpen, uiteindelijk leidend tot betere diagnostiek en therapie.

"Mijn grondonderzoek met ioniserende straling zal ons ook helpen de bijwerkingen van bestralingstherapie voor kankerpatiënten op aarde te begrijpen, " ze zei.

Kankerrisico voor astronauten beoordelen

Larose's onderzoek naar kosmische straling zal ook helpen bij het begrijpen van het kankerrisico voor astronauten op langdurige missies in het ruimtestation, of langere reizen, zoals naar Mars.

"De grootste uitdaging met bemande ruimtevluchten en verkenning voor langdurige missies naar Mars en verder, is het kankerrisico voor de bemanning als gevolg van blootstelling aan kosmische straling. Door de mutatiesignatuur van kosmische straling te identificeren en die te vergelijken met de bekende signatuur van ioniserende straling, we zijn misschien beter in staat om risico's te voorspellen en de bemanning te beschermen tijdens een langdurige ruimtemissie', zegt Larose.

Marianne K. Vinje Tantillo, hoofd bemande ruimtevaart en verkenning bij het Noorse ruimteagentschap, zegt dat het voorstel van Larose vragen beantwoordt die beantwoord moeten worden.

"Als je de ruimte in gaat, je moet stralingsproblemen oplossen, en dit is een stap om dat te doen, "zei ze. "Of het nu om de maan draait, of reizen naar Mars, straling moet je weten als je gezond van de reis wilt overleven.

Tantillo zei dat het onderzoek van Larose ook een centraal punt zou kunnen zijn voor het bouwen van Noorse netwerken voor ruimteonderzoek, evenals het planten van de zaden voor de groei van nieuwe industrieën.

"Op lange termijn, dit zou een nieuw gebied kunnen zijn waar Noorwegen de technologie zou kunnen ontwikkelen, "zei ze. "Denk aan stralingsmonitoring, of andere soorten sensortechnologie die kunnen worden gebruikt om de blootstelling te bepalen, of technologie om de astronauten te beschermen tegen straling."

Zoeken naar verschillen met zwaartekracht en kosmische straling

In het experiment op het ruimtestation, één set organoïden zal worden blootgesteld aan zowel kosmische straling als gewichtloosheid.

Een andere set organoïden zal in een centrifuge worden geplaatst om ze te onderwerpen aan zwaartekracht die vergelijkbaar is met wat ze op aarde ervaren, wat betekent dat ze alleen worden blootgesteld aan kosmische straling.

Een derde set cellen zal alleen aan gewichtloosheid worden blootgesteld omdat ze in een doos worden geplaatst die hen beschermt tegen kosmische straling.

"Als we kunnen vaststellen hoeveel van het onbekende 'geluid' te wijten is aan de zwaartekracht, het zal ook gemakkelijker zijn om de rest van de onbekende factoren te identificeren. Misschien kunnen we een stap dichter bij het begrijpen van kanker komen en nieuwe manieren vinden om de ziekte te bestrijden, " ze zegt.

Larose zal een aantal jaren voorbereidend onderzoek op aarde doen voordat het tumor-experiment met het ruimtestation wordt gelanceerd.

Deze resultaten zullen fungeren als referentiepunten en controles, maar ook intrinsieke waarde hebben. Het resultaat van dit onderzoek zal van belang zijn voor kankerpatiënten, en vooral met betrekking tot de bijwerkingen die gepaard gaan met straling.

Alleen vrouwelijke hoofdonderzoeker

Het United Nations Office for Outer Space Affairs en de China Manned Space Agency selecteerden slechts negen projecten uit 42 kandidaten uit 27 verschillende landen. Als een van de negen geselecteerde projecten, Tumoren in de ruimte, onder leiding van Larose, is het enige project met een vrouwelijke hoofdonderzoeker.

"We zijn er trots op een vrouwelijke wetenschapper te ondersteunen om dit project te leiden, aangezien ons Bureau zich ook richt op het vergroten van de participatie van vrouwen in de ruimtevaartsector en in STEM-sectoren in bredere zin, "UNOOSA-directeur Di Pippo zei.