Toen NASA-astronaut Jessica Meir onlangs haar handen in de Life Sciences Glovebox op het internationale ruimtestation stak om een ​​nieuw onderzoek naar hartweefsels uit te voeren, ze bracht een langdurige wetenschappelijke samenwerking rond.

Voordat Meir in 2013 astronaut werd en in juli 2019 naar het ruimtestation vloog, ze had ruime ervaring met biologisch onderzoek. In 1999, tijdens haar laatste bachelorjaar aan de Brown University, ze verbonden met Ph.D. leerling Peter Lee. Meir en Lee werkten in hetzelfde lab, en Lee selecteerde Meir voor een team dat het hechten in microzwaartekracht bestudeerde als onderdeel van NASA's Reduced Gravity Student Flight Opportunities, nu Microzwaartekracht Universiteit. Afgestudeerd van de masteropleiding aan de toen relatief nieuwe International Space University in Frankrijk, hij moedigde Meir aan om ook aanwezig te zijn; ze behaalde daar een master voordat ze promoveerde aan het Scripps Institution of Oceanography (UCSD).

Nutsvoorzieningen, Meir werkt opnieuw met Lee samen, dit keer vanuit de ruimte. Momenteel assistent-professor chirurgie in de hartafdeling van het Wexner Medical Center van de Ohio State University, Lee is een medeonderzoeker van het Engineered Heart Tissues-experiment dat Meir uitvoerde in het dashboardkastje aan boord van het station.

"Peter speelde een belangrijke rol bij het koesteren van mijn droom om astronaut te worden, " Zegt Meir. "Hij opende mijn ogen voor en faciliteerde betrokkenheid bij ruimtegerelateerde kansen die me anders misschien volledig zouden zijn ontgaan. Het uitvoeren van dit experiment op het ruimtestation is buitengewoon de moeite waard, niet alleen omdat ik bijdraag aan topwetenschap, maar ook omdat ik het gevoel heb dat ik iets teruggeef aan Peter."

Het onderzoek bekijkt hoe menselijk hartweefsel functioneert in de ruimte. Het maakt gebruik van unieke 3D-weefsels gemaakt van hartcellen, cardiomyocyten genaamd, afgeleid van door mensen geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC's), in wezen volwassen stamcellen. De gemanipuleerde hartweefsels, of EHT's, zijn complexe 3D-structuren, elk ongeveer zo groot als een paar rijstkorrels. Deze structuren lijken meer op weefsels in het lichaam dan platte celculturen in een petrischaaltje of die in een kolf met vloeistof drijven.

Onderzoekers verwachten significante verschillen in functie, structuur, en genexpressie tussen EHT's in microzwaartekracht en die op de grond. Als ze deze verschillen begrijpen, kunnen ze manieren vinden om problematische veranderingen bij toekomstige langdurige missies te voorkomen of te verminderen.

"We weten dat microzwaartekracht en ruimtevluchten in het algemeen invloed hebben op vrijwel elk systeem in het lichaam, en het cardiovasculaire systeem is geen uitzondering, " zegt Lee. "We weten niet wat er op weefselniveau gebeurt, Hoewel, en het is moeilijk om cellen lang genoeg in cultuur te houden om langetermijnstudies te doen. Het gemanipuleerde weefsel stelt ons in staat om langetermijneffecten te bestuderen."

Dit onderzoek maakt gebruik van een nieuw type sensor dat magneten gebruikt om spiersamentrekkingen gemakkelijk vast te leggen en de snelheid en hoeveelheid kracht die de spierweefsels genereren in realtime te meten. traditioneel, het nemen van dergelijke metingen was moeilijk, zegt Lee.

"De traditionele manier is met een krachtopnemer, een mechanisch apparaat dat de kracht meet wanneer u erop drukt of eraan trekt, zoals wanneer je op een weegschaal staat." De EHT's in dit onderzoek vormen zich rond flexibele palen met kleine magneten aan een van hun uiteinden. Wanneer het spierweefsel samentrekt, de berichten bewegen, het veranderen van het magnetische veld tussen de palen en de externe magneet. Op basis van die wijziging de sensor berekent de beweging van de paal en de kracht die door de spier wordt gegenereerd.

"Een ander voordeel van het onderzoek is dat we de technologie zo veel mogelijk moesten verkleinen en automatiseren om het naar de ruimte te sturen. " zegt Lee. "Nu hebben we een echt geavanceerd, efficiëntere en meer kosteneffectieve technologie voor gebruik op aarde."

Voordat eiwitten worden gemaakt, cellen maken RNA, die fungeert als een boodschapper om instructies van DNA te dragen voor het regelen van het proces van het maken van eiwitten. Tijdens het onderzoek, bemanningsleden bewaren een deel van de EHT's, zodat onderzoekers het RNA kunnen meten dat ze synthetiseren.

"We kunnen analyseren en kijken naar de hoeveelheid RNA die op dat moment voor duizenden genen is gemaakt, die ons vertelt welke genen aan of uit staan ​​en op welke niveaus ze tot uiting komen, " Legt Lee uit. Onderzoekers zullen ook enkele EHT's terug naar de aarde brengen om te zien of ze herstellen van veranderingen die zijn waargenomen in microzwaartekracht.

Hoofdonderzoeker van het onderzoek is Deok-Ho Kim van de Johns Hopkins University, Baltimore, en het project omvat andere mede-onderzoekers van de Universiteit van Washington. De National Institutes of Health (NIH) financierden dit onderzoek als onderdeel van het Tissue Chips in Space-initiatief, en het is een van de negen initiatiefprojecten in de ISS U.S. National Laboratory-portfolio. EHT bouwt voort op eerder ISS National Lab-onderzoek door Joseph Wu, Lee, en Arun Sharma.

Door wetenschappers te helpen de mechanismen te begrijpen van hoe 3D-hartcellen reageren op microzwaartekracht, dit onderzoek zou patiënten met hartaandoeningen op aarde kunnen helpen en mogelijk aanwijzingen bieden voor het beschermen van astronauten op hun reis naar Mars en terug.

“Vanuit een persoonlijk perspectief, het benadrukt de waarde van samenwerking en mentorschap, " Zegt Meir. "Het is zo geweldig om de cirkel rond te maken van ons tweeën die meer dan 20 jaar geleden samenwerkten met de gedeelde droom om in de ruimte te vliegen, om samen te werken aan Peter's experiment op het ruimtestation. Wanneer je uitreikt en geeft wat je kunt om iemand aan te moedigen en hun dromen te koesteren, uw inspanningen kunnen precies zijn wat nodig is om die dromen werkelijkheid te laten worden."