De ruimte is een vijandige, extreme omgeving. Het is slechts een kwestie van tijd voordat gewone mensen worden blootgesteld aan deze omgeving, hetzij door ruimtetoerisme of door zich aan te sluiten bij zelfvoorzienende kolonies ver weg van de aarde.

Hiertoe moet er een veel beter begrip zijn van hoe de gevaren van de ruimte voor het milieu de biologie van onze cellen, weefsels, organen en cognitie zullen beïnvloeden. Cruciaal voor toekomstige ruimtekolonies is dat we moeten weten of we ons gemakkelijk kunnen voortplanten in andere omgevingen dan die op aarde.

De effecten van straling op onze cellen, die DNA-schade veroorzaken, zijn goed gedocumenteerd. Wat minder duidelijk is, is hoe lagere niveaus van zwaartekracht, wat wetenschappers microzwaartekracht noemen, de mechanismen en ritmen die in onze cellen plaatsvinden, zullen beïnvloeden.

Wetenschappers beginnen nog maar net te onderzoeken hoe de activiteit in onze cellen kan worden beïnvloed door blootstelling aan microzwaartekracht. Cruciaal is dat experimenten met embryonale stamcellen en modellen van hoe embryo's zich ontwikkelen in hun eerste paar weken in de ruimte, ons zullen helpen bepalen of het voor mensen mogelijk is om nakomelingen te produceren in de extraplanetaire kolonies van de toekomst.

Kosmische conceptie

Het vermogen om zich in de ruimte voort te planten is onderzocht bij enkele dieren, waaronder insecten, amfibieën, vissen, reptielen, vogels en knaagdieren. Ze hebben ontdekt dat het voor organismen zoals vissen, kikkers en gekko's zeker mogelijk is om tijdens ruimtevluchten bevruchte eieren te produceren die op aarde kunnen leven en zich kunnen voortplanten.

Maar het beeld is gecompliceerder bij zoogdieren. Uit een onderzoek bij muizen bleek bijvoorbeeld dat hun oestruscyclus, een onderdeel van de voortplantingscyclus, werd verstoord door blootstelling aan microzwaartekracht. Een andere studie wees uit dat blootstelling aan microzwaartekracht negatieve neurologische veranderingen bij ratten veroorzaakte. Hypothetisch zouden deze effecten ook op volgende generaties kunnen worden overgedragen.

Dit gebeurt waarschijnlijk omdat onze cellen niet zijn geëvolueerd om in microzwaartekracht te werken. Ze zijn in de loop van miljoenen jaren op aarde geëvolueerd, in zijn unieke zwaartekrachtsveld. De zwaartekracht van de aarde maakt deel uit van wat verankert en fysieke kracht uitoefent op onze weefsels, onze cellen en onze intracellulaire inhoud, waardoor specifieke bewegingen binnen cellen worden gecontroleerd. De studie hiervan heet mechanobiologie.

De celdeling en de beweging van genen en chromosomen daarin, die cruciaal zijn voor de ontwikkeling van een foetus, werkt ook met en tegen de zwaartekracht zoals we die op aarde kennen. Hieruit volgt dat systemen die zijn geëvolueerd om perfect te werken in de zwaartekracht van de aarde, kunnen worden beïnvloed wanneer de zwaartekracht verandert.

Foetale positie

Wanneer een embryo voor het eerst begint te delen, in een proces dat splitsing wordt genoemd, kan de deling aan het ene uiteinde van het embryo sneller zijn dan aan het andere. Zwaartekracht speelt hierbij een rol, die de positie van de allereerste bouwstenen in een mensenleven bepaalt.

Zwaartekracht helpt ook om het juiste lichaamsplan van een foetus vast te stellen, zodat de juiste cellen zich op de juiste plaatsen in de juiste aantallen en in de juiste ruimtelijke oriëntatie ontwikkelen.

Onderzoekers hebben onderzocht of embryonale stamcellen, die "pluripotent" zijn en zich kunnen ontwikkelen tot alle cellen van het lichaam, worden beïnvloed door microzwaartekracht. Op dit moment zijn er aanwijzingen dat wanneer embryonale stamcellen van knaagdieren worden blootgesteld aan microzwaartekracht, hun vermogen om de gewenste celtypes te worden, kan worden beïnvloed.

Het is ook mogelijk om pluripotente menselijke stamcellen te produceren uit normale volwassen cellen van ons lichaam, die geïnduceerde pluripotente stamcellen worden genoemd. Deze zijn ook bestudeerd onder microzwaartekracht, waarbij experimenten op aarde hebben aangetoond dat geïnduceerde stamcellen sneller prolifereren in gesimuleerde microzwaartekracht. Twee batches van deze stamcellen bevinden zich momenteel op het internationale ruimtestation om te zien of deze resultaten in de ruimte kunnen worden gerepliceerd.

Als volwassen stamcellen zich sneller in de ruimte verspreiden, kan dit de deur openen voor commerciële stamcelfabrikanten om deze cellen in een baan om de aarde te produceren, aangezien het moeilijk is om voldoende stamcellen op aarde te kweken om degeneratieve ziekten te behandelen met stamceltherapieën.

Zwaartekrachtveld

Naast normale cellulaire processen, is het ook onduidelijk hoe bevruchting, hormoonproductie, borstvoeding en zelfs de geboorte zelf worden beïnvloed door blootstelling aan microzwaartekracht.

Het lijkt erop dat kortdurende blootstelling aan microzwaartekracht, van misschien een half uur, waarschijnlijk niet al te veel effect zal hebben op onze cellen. Maar langere blootstellingen van dagen of weken hebben waarschijnlijk effect. Hierbij wordt geen rekening gehouden met het effect van straling op onze cellen en DNA, maar we weten al hoe we ons kunnen beschermen tegen straling.

Wetenschappers kijken naar twee manieren om ons te beschermen tegen de nadelige effecten van microzwaartekracht op onze biologie:interventie op cellulair niveau, met behulp van medicijnen of nanotechnologie, en interventie op milieuniveau, door de zwaartekracht van de aarde te simuleren in ruimtevaartuigen of kolonies buiten de wereld. Beide vakgebieden staan ​​nog in de kinderschoenen.

Toch biedt het bestuderen van stamcellen in de ruimte een waardevol inzicht in hoe zwangerschap zou kunnen werken, of niet, wanneer we ons buiten het zwaartekrachtveld van de aarde bevinden. Voor nu kunnen degenen die het geluk hebben naar de ruimte te gaan er goed aan doen om te voorkomen dat ze proberen zwanger te worden voor, tijdens of direct na een ruimtevlucht. + Verder verkennen

De ruimte benutten om stamcelwetenschap en geneeskunde vooruit te helpen

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.