Het menselijk lichaam evolueerde binnen de constante kracht van de zwaartekracht van de aarde. Om bot- en spieratrofie te voorkomen tijdens hun verblijf in de ruimte, astronauten moeten elke dag sporten. Voor onderzoekers die bot- of spierverlies bestuderen dat kan worden veroorzaakt door ziekten, ouder worden of een zittend leven leiden, de microzwaartekrachtomgeving aan boord van het internationale ruimtestation is een unieke plek om experimenten uit te voeren die ons kunnen helpen begrijpen hoe het lichaam werkt.

Diermodellen zoals muizen zijn essentieel voor dit soort microzwaartekrachtonderzoek, dienen als de onderwerpen van Rodent Research-19 (RR-19), die een voorgestelde methode onderzoekt om botverlies te voorkomen en spieren sterk en gezond te houden.

RR-19, ook wel bekend als Machtige Muizen in de Ruimte, onderzoekt myostatine en activine. Deze moleculaire signaalroutes beïnvloeden de afbraak van spieren en botten. Onderzoekers bestuderen ze als mogelijke doelen om spieren en botten gezond te houden tijdens ruimtevluchten, en het verbeteren van het herstel na een terugkeer naar de aarde.

De wetenschappers achter dit onderzoek zijn Se-Jin Lee en Emily Germain-Lee van de University of Connecticut School of Medicine. Lee en Germain-Lee hebben ook afspraken bij The Jackson Laboratory en Connecticut Children's Medical Center, respectievelijk. Lee en Germain Lee, een getrouwd stel, hebben de afgelopen 10 jaar samengewerkt aan dit onderzoek, maar tientallen jaren van werk hebben geleid tot het Mighty Mice-experiment.

Lee en Germain-Lee ontmoetten elkaar op de universiteit als studenten terwijl ze biochemie studeerden. Beiden gingen door met het behalen van geavanceerde graden en baanden hun eigen pad in onderzoek, Lee gericht op het bestuderen van spieren en Germain-Lee gericht op botaandoeningen. "Ik heb een groot deel van mijn leven geïnvesteerd in het zorgen voor kinderen die veel aandoeningen hebben die hun botten aantasten." zei Germain Lee. "Hun botten kunnen gebroken zijn, maar hun geest is dat niet."

Twintig jaar geleden, Lee's lab deed een ontdekking. Hij ontdekte nieuwe informatie over het gedrag van myostatine en de invloed ervan op spiergroei. "Ik begon te denken dat microzwaartekracht de perfecte plek zou zijn om myostatine-experimenten uit te voeren en onze ontwikkelingsgeneesmiddelen op de proef te stellen, ' zei Leen.

Myostatine beperkt doorgaans de spiergroei. Als je het blokkeert, spieren kunnen veel groter worden dan normaal. Toen Lee muizen genetisch manipuleerde om myostatine volledig te missen, hun spieren groeiden tot tweemaal de normale grootte. Natuurlijk voorkomende mutaties die de blokkering van myostatine veroorzaken, hebben ook het bewijs geleverd van de kracht van het eiwit. Belgisch blauw vee, gefokt in Europa na de Tweede Wereldoorlog om tegemoet te komen aan de toegenomen vraag naar meer vlees, was de eerste soort die werd geïdentificeerd met een natuurlijk voorkomende mutatie in het myostatine-gen.

Het echtpaar bleef zelfstandig werken totdat Germain-Lee een idee kreeg. Ze merkte dat haar patiënten met zwakke botten ook vaak zwakke spieren kregen. "Op een dag waren we aan het praten, en ik zei, 'wat als dit medicijn ook zou kunnen helpen bij de ontwikkeling van botten?'" zei Germain-Lee.

Dat leidde tot een nieuwe ronde van experimenten. Het paar werkte officieel samen op de laboratoriumbank om te zien of Lee's ontdekking ook Germain-Lee's patiënten met een gebrekkige botdichtheid zou kunnen helpen. Ze ontdekten dat dit medicijn mogelijk ten goede zou kunnen komen aan hun beide onderzoeksgebieden.

Een decennium later, 40 jaar na de eerste ontmoeting op de universiteit en 35 jaar in hun huwelijk, kwam een ​​grote kans. Het ISS U.S. National Laboratory zou Lee in staat stellen een experiment uit te voeren dat vergelijkbaar is met het experiment dat Lee in de jaren 90 had overwogen. "Geen enkel experiment hier op aarde kan bot- en spierverlies gelijkmatig simuleren zoals microzwaartekracht dat kan. Het ruimtestation is de perfecte omgeving om experimentele medicijnen voor bot- en spierverlies te testen, "zegt Germain-Lee. "Het is alles waar ik ooit aan heb willen werken in één project. Het voelt alsof alles samenkwam in dit experiment."

De wetenschappers planden een onderzoek om 40 muizen te sturen om in microzwaartekracht aan boord van het internationale ruimtestation te leven met 40 vergelijkbare muizen die op aarde werden bestudeerd als de controlegroep. Sommige muizen zijn genetisch gemanipuleerd om geen myostatine te produceren, terwijl anderen normale muizen zijn die een medicijn krijgen dat myostatine kan blokkeren, evenals activine, die de botmassa reguleert. Het doel is om tegelijkertijd spier- en botmassa te verbeteren.

Lee en Germain-Lee kregen de kans om het experiment in december 2019 uit te voeren met de lancering van de 19e bevoorradingsmissie van SpaceX naar het ruimtestation. Op de lanceringsdag, het paar keek zenuwachtig naar de raket op het pad. Toen het aftellen nul bereikte, de enormiteit van het moment trof Germain-Lee. "Kijkend naar de lancering, Ik begon gewoon te huilen. En niet zomaar een beetje huilen. Ik begon te snikken. Het moet de emotie zijn geweest van 20 jaar werk die allemaal tegelijk naar buiten kwamen, "Zei Germain-Lee. "Vanuit een professioneel perspectief, het is zo de moeite waard om aan iets te werken waarvan ik weet dat het mijn patiënten ten goede zal komen. Vanuit een persoonlijk perspectief, om dit te doen met Se-Jin heeft enorm veel voldoening gegeven."

In de ruimte, astronauten gebruikten de botdensitometer om te zien hoe de botten van de muizen reageerden op microzwaartekracht. "Tijdens de Dag, Ik kon me op andere dingen concentreren, maar toen ik naar bed ging, het enige waar ik aan kon denken waren die muizen, " zei Germain-Lee. "Nadat de capsule terugkwam, we moesten wachten tot de muizen terug in het lab waren."

Het SpaceX Dragon-ruimtevaartuig keerde in januari 2020 terug naar de aarde, het dragen van de muizen tussen de vele onderzoeken en benodigdheden van het station. Met de muizen thuis, het paar ging in de modus voor gegevensanalyse. De resultaten zien er veelbelovend uit, en het paar denkt al na over volgende stappen en hoe voort te bouwen op het onderzoek. Deze studie zou de ontwikkeling kunnen ondersteunen van therapieën voor een breed scala aan aandoeningen die spier- en botverlies veroorzaken op aarde en in de ruimte. "Als dit tot wasdom komt als een behandeling bij mensen, het zou een droom zijn die uitkomt, ' zegt Germain Lee.