Een nieuw experiment gericht op het bestuderen van de mechanica van amyloïde fibrillen - een soort eiwitaggregatie geassocieerd met ziekten zoals diabetes, Alzheimer, en Parkinson - vandaag begonnen aan boord van het International Space Station (ISS), geleid door een team van het Rensselaer Polytechnic Institute.

Het project is ontworpen door Amir Hirsa, een professor in de mechanische, ruimtevaart, en nucleaire engineering bij Rensselaer en lid van het Centrum voor Biotechnologie en Interdisciplinaire Studies (CBIS). Hij was op zoek naar een manier om vloeistofdynamica te bestuderen zonder interferentie van de massieve wanden van een container, die normaal gesproken nodig zou zijn om een ​​vloeistof vast te houden die op aarde wordt bestudeerd.

Het concept, die Hirsa een door een ring geschoren druppel noemt, vereist een microzwaartekrachtomgeving, zoals degene die in een baan om de aarde wordt gevonden, waar oppervlaktespanning alleen een druppel vloeistof bij elkaar kan houden. Hierdoor kunnen onderzoekers de effecten van stress op eiwitten observeren, in dit geval:insuline.

"We proberen deze specifieke vorm van eiwitaggregatie te begrijpen, "Zei Hirsa. "En we proberen de complicatie van wandkiemvorming weg te nemen."

De ring-geschoren drop-hardware - gebouwd door NASA en zijn aannemers, en geïnspireerd op Hirsa's concept - inclusief een spuit die een grote druppel vloeistof afgeeft die bestaat uit water en opgeloste insuline. Eenmaal afgegeven, de druppel hecht aan een dunne stationaire ring aan één kant van de hardware, en aan de andere kant nog een dunne ring die kan draaien. De roterende ring kan worden rondgedraaid om het eiwit te scheren, de vorming van amyloïde fibrillen aanzienlijk versnellen. Deze aanpak, onderzoekers zeiden, maakt het mogelijk om processen die in het lichaam plaatsvinden te modelleren.

"Een van de belangrijkste redenen waarom je in microzwaartekracht wilt gaan, is omdat, anders dan botten, er zijn geen echt solide interfaces in het menselijk lichaam, " zei Joe Adam, een postdoctoraal onderzoeker in het lab van Hirsa. "De oppervlakken van je cellen, je neuronen, en je hersenen, zijn vloeiende interfaces. Dus, als we een systeem kunnen krijgen dat meer van die vloeiende interfaces heeft, het zal ons helpen de wetenschap achter deze fibrilisatieprocessen te begrijpen."

Onderzoekers testten dit concept voor het eerst aan boord van het ISS in de zomer van 2019, en hebben sindsdien verdere experimenten op de grond en in parabolische vluchten uitgevoerd om NASA-ingenieurs te helpen aanzienlijke verbeteringen aan de hardware aan te brengen.

"Ik begon met enkele eerste ontwerpen, het veranderen van de geometrie van delen van de fysieke hardware, " zei Patrick McMackin, een promovendus in het lab van Hirsa. "Van mijn werk NASA Marshall heeft uiteindelijk een paar verschillende mogelijke oplossingen voor de hardware gemaakt, en dat hebben ze getest op hun eigen paraboolvluchten."

Naast hardwareverbeteringen, het team heeft ook de monsterformulering van het insuline-eiwit herzien dat aan boord van het ISS zal worden getest. Dit onderzoek wordt nog steeds gedaan in samenwerking met, en met subsidie ​​van NASA's George C. Marshall Space Flight Center.