Het is al tientallen jaren bekend dat, hoewel het immuunsysteem van astronauten in de ruimte wordt onderdrukt, waardoor ze kwetsbaar worden voor ziekten, de exacte mechanismen van immuundisfunctie een mysterie zijn gebleven. Nu heeft een Cornell-student een mogelijke oplossing gevonden.

Rocky An, een dubbele major biologische en mechanische engineering aan het College of Engineering, publiceerde zijn theorie, "MRTF May be the Missing Link in a Multiscale Mechanobiology Approach into Macrophage Dysfunction in Space", 12 september in Frontiers in Cell and Developmental Biologie .

Een overzicht van de laatste 20 jaar literatuur over het gedrag van macrofagen - sleutelcellen in de immuunrespons van het lichaam - in de ruimte en recent onderzoek naar hoe macrofagen reageren op krachten bij normale zwaartekracht, waarbij een transcriptiefactor werd geïdentificeerd die het ontbrekende stuk zou kunnen zijn van de puzzel.

"Ik bleef maar vragen stellen over hoe de gegevens worden gepresenteerd," zei An. "Er zijn deze twee echt belangrijke artikelen, in het bijzonder een bespreking van hoe macrofagen worden onderdrukt in microzwaartekracht, en een andere over de mechanobiologie van macrofagen. Ik was in staat om deze twee artikelen met elkaar te verbinden, en toen kwam het idee bij me op. Ik was erg opgewonden, want het was een soort 'Eureka!' momentje voor mij."

In de ruimte verandert het gebrek aan zwaartekracht de vorm van de immuuncel, en wetenschappers vermoeden dat veranderingen in het cytoskelet, de filamenteuze infrastructuur van de cel, betrokken waren bij immuundisfunctie. Recente studies bij normale zwaartekracht hebben aangetoond dat verstoring van het cytoskelet van macrofagen het transport van een bepaald eiwit, een transcriptiefactor die belangrijk is voor de immuunrespons, naar de kern vermindert.

Door de studies van cellen in microzwaartekracht te vergelijken en de studiemethoden en bijbehorende tijdschalen te analyseren - of macrofagen nu daadwerkelijk in de ruimte werden bestudeerd, of in een parabolisch vliegtuig, of in een simulatie van microzwaartekracht in het laboratorium - kon An wijzen op een eiwit , Myocardin-gerelateerde transcriptiefactor (MRTF), als een mogelijke boosdoener bij disfunctie van het immuunsysteem.

"Ik denk dat het een behoorlijk overtuigend argument is dat MRTF een groot deel van het probleem is," zei An. "Ik hoop dat het toekomstige studies zal inspireren die zich echt richten op dat ene eiwit en het cytoskelet, en misschien kan het de eerste stap zijn naar een immuunbehandeling voor ruimtevluchten."

Het artikel suggereert dat MRTF ook betrokken kan zijn bij de stress op de cardiovasculaire gezondheid van astronauten. An wijst ook op andere factoren die een rol kunnen spelen bij immuundisfunctie en merkt op dat verder onderzoek nodig is om te begrijpen hoe MRTF interageert met de macrofaagkern in microzwaartekracht.

Terwijl An onafhankelijk aan de publicatie werkte, dankt hij zijn Cornell-professoren (waaronder Mingming Wu, professor, en Minglin Ma, universitair hoofddocent, zowel biologische als milieutechniek aan het College of Agriculture and Life Sciences; Brian J. Kirby, de Meinig Family Professor of Engineering en Donna Cassidy Hanley, senior research associate in het College of Veterinary Medicine, naast vele andere docenten) voor het modelleren van een interdisciplinaire benadering en het aanmoedigen van onderzoek.

Nog voordat An zich bij Cornell inschreef, had An contact met het laboratorium van Theodore Clark, hoogleraar microbiologie en immunologie aan het College of Veterinary Medicine, waar An zich sinds zijn eerste jaar bezighoudt met onderzoek. Hij vermeldt ook zijn ervaring in het Cornell iGEM-projectteam (Genetically Engineered Machines), met het advies van Jan Lammerding, professor aan de Meinig School of Biomedical Engineering, om hem te helpen zich als wetenschapper te ontwikkelen.

"De grootste hulp zijn de professoren en de manier waarop ze mijn lessen hebben gegeven," zei An. "En dan met onderzoek in het lab en mijn projectteam, zijn er veel mogelijkheden geweest om zelfstandig te leren en onze eigen vragen te stellen."

An heeft ook waardevolle ervaring opgedaan in zomerstages. In 2021 werd hij gekozen als onderzoeksmedewerker voor NASA's Space Life Sciences Training Program, waar hij de impact van microzwaartekracht op cellen bestudeerde en co-auteur was van zijn eerste paper, een optimalisatie van een modelleringskader voor het bestuderen van cellen in microzwaartekracht.

An bracht de zomer van 2022 door als Amgen Scholar aan het Wyss Institute van de universiteit van Harvard, waar hij werkte op het gebied van mechanische immunotherapie, waarbij hij therapieën onderzocht die werken door de celstructuur te manipuleren.

"Ik ben altijd geïnteresseerd geweest in cellen, maar ook in de mechanica, hoe cellen reageren op krachten," zei An. "Ik vind deze aanpak leuk omdat het een beetje nieuw is, en ik denk dat het heel anders is dan wat je over het algemeen leert in de biologie, waar alles een reeks chemische reacties is. Ik geniet echt van de interactie tussen de twee velden." + Verder verkennen

Nanodeeltjes trainen immuuncellen om kanker te bestrijden