Als onderdeel van de voorbereiding op een experiment aan boord van het internationale ruimtestation, onderzoekers verkenden nieuwe manieren om levende hartcellen te kweken voor microzwaartekrachtonderzoek. Ze ontdekten dat cryopreservatie, een proces waarbij cellen worden opgeslagen bij -80°C, maakt het gemakkelijker om deze cellen naar het baanlab te transporteren, biedt meer flexibiliteit in lancerings- en operatieschema's. Het proces kan ander biologisch onderzoek in de ruimte en op aarde ten goede komen.

Het onderzoek, MVP-cel-03, gekweekte hartprecursorcellen op het ruimtestation om te bestuderen hoe microzwaartekracht het aantal geproduceerde cellen beïnvloedt en hoeveel ervan overleven. Deze voorlopercellen hebben potentieel voor gebruik bij ziektemodellering, Drug ontwikkeling, en regeneratieve geneeskunde, zoals het gebruik van gekweekte hartcellen om de beschadigde of verloren gegane hartcellen aan te vullen.

Eerdere studies suggereren dat het kweken van dergelijke cellen in gesimuleerde microzwaartekracht de efficiëntie van hun productie verhoogt. Maar het gebruik van levende celculturen in de ruimte biedt een aantal unieke uitdagingen. Het MVP Cell-03-experiment, bijvoorbeeld, binnen een bepaald tijdsbestek moet worden uitgevoerd, wanneer de cellen precies in het juiste stadium zijn. Vluchtwisselingen en beschikbaarheid van de bemanning kunnen leiden tot vertragingen die van invloed zijn op het onderzoek.

"Soms is een vlucht vertraagd en moeten onderzoekers batches en batches back-upcellen voorbereiden, " zegt Chunhui Xu van de Emory University School of Medicine in Atlanta, hoofdonderzoeker voor MVP Cell-03. "Astronauten staan ​​voor een overweldigende hoeveelheid werk op de dag dat de onderzoeken arriveren, maar deze cellen hebben meteen vers medium nodig. We dachten dat we deze procedure beter van tevoren konden uitwerken."

Dus voerde haar lab experimenten uit met nieuwe methoden voor het transporteren en kweken van de hartcellen. hun resultaten, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Biomaterials, laten zien dat cryopreservatie de cellen niet lijkt te beïnvloeden en zelfs het extra voordeel biedt om cellen te beschermen tegen overmatige zwaartekracht die tijdens de lancering wordt ervaren.

"Cryopreservatie stelt je in staat om het effect van lancering aanzienlijk te verminderen, zodat je onderzoek alleen naar de effecten van de lage baan om de aarde kan kijken, " zegt Marc Giulianotti, programmadirecteur van het ISS US National Laboratory, die het onderzoek financierde. "De techniek opent ook mogelijkheden voor experimenten in maan- of diepe ruimteomgevingen. Het zou zelfs aanzienlijke voordelen kunnen bieden voor terrestrisch onderzoek in termen van het verzenden van cellen en weefsels over een land of de planeet."

Xu's team vergeleek ook een nieuw celkweekmedium dat geen kooldioxide nodig heeft met het huidige standaardmedium, wat wel, en vond geen verschil tussen de twee. Kooldioxide voegt gewicht en massa - en kosten - toe aan een ruimtelancering. Het onderzoeksteam heeft verschillende aanpassingen aan kweekmedia getest om ook de cryopreservatieprocedures te verbeteren.

De gecryopreserveerde hartcellen vlogen in maart 2020 naar het ruimtestation. Astronauten hebben ze ontdooid en met succes gekweekt, het genereren van kloppende hartcellen. Die werden na 22 dagen ruimtevlucht terug naar de aarde gebracht.

"Er is geen reden om te denken dat je dit niet zou kunnen doen met andere celtypes, ", zegt Giulianotti. "Het maakt de zaken veel gemakkelijker voor onderzoekers. Ze kunnen aan hun eigen schema werken om cellen naar het station te sturen zonder dat ze het experiment hoeven te starten zodra de capsule daar aankomt, wanneer er een waanzinnige haast is om alles voor elkaar te krijgen. Het niet in leven hoeven houden van cellen tijdens de reis vermindert de voetafdruk van het experiment en de materiaalkosten."

Xu zegt dat het team nu resultaten heeft gerapporteerd omdat ze dachten dat het nuttig zou zijn voor ander onderzoek in de ruimte en met dit type cel.

"We dachten dat cryopreservatie zoveel verschillende toepassingen ten goede zou kunnen komen, en kan zich veel situaties voorstellen waarin een koolstofdioxide-onafhankelijk medium heel nuttig zou zijn, ' zegt Xu.

Giulianotti noemt de resultaten een belangrijke stap voor ruimteonderzoek van de volgende generatie. "Bij het Nationaal Laboratorium, we kunnen ons banken van cellijnen voorstellen die je gewoon kunt trekken om een ​​experiment te starten. Het heeft veel toekomstpotentieel."