Se sabe que la microgravedad altera los músculos, los huesos, el sistema inmunológico y la cognición, pero se sabe poco sobre sus efectos específicos en el cerebro. Para explorar cómo responden las células cerebrales a la microgravedad, los científicos de Scripps Research se asociaron con la Fundación de Células Madre de Nueva York para transportar pequeños trozos de células cerebrales derivadas de células madre a la Estación Espacial Internacional (ISS).
Sorprendentemente, los organoides todavía estaban sanos cuando regresaron de la órbita un mes después, pero las células habían madurado más rápido que organoides similares cultivados en la Tierra: estaban más cerca de convertirse en neuronas maduras y los signos de especialización comenzaban a mostrarse. Los hallazgos, que pueden arrojar luz sobre los posibles efectos neurológicos de los viajes espaciales, se publicaron el 23 de octubre de 2024. Medicina traslacional de células madre.
“El hecho de que estas células sobrevivieran en el espacio fue una gran sorpresa”, dice la coautora principal Jane Loring, PhD, profesora emérita del Departamento de Medicina Molecular y directora fundadora del Centro de Medicina Regenerativa de Scripps Research. “Esto sienta las bases para futuros experimentos en el espacio, en los que podremos incluir otras partes del cerebro afectadas por enfermedades neurodegenerativas”.
En la Tierra, el equipo utilizó células madre para crear orgánulos que contienen neuronas corticales o dopaminérgicas, que son poblaciones neuronales afectadas en la esclerosis múltiple y la enfermedad de Parkinson, enfermedades en las que Loring ha estudiado durante décadas. Algunos de los orgánulos también incluyeron microglia, un tipo de célula inmune que reside dentro del cerebro, para examinar los efectos de la microgravedad sobre la inflamación.
Los organoides generalmente se cultivan en un medio líquido rico en nutrientes que debe cambiarse periódicamente para garantizar que las células reciban una nutrición adecuada y eliminar los productos de desecho. Para evitar la necesidad de realizar trabajos de laboratorio en la ISS, el equipo fue pionero en un método para cultivar pequeños organoides en crioviales: pequeños viales herméticos diseñados originalmente para la congelación profunda.
Los organoides se desarrollaron en los laboratorios de la Estación Espacial Kennedy y viajaron a la ISS en una pequeña incubadora. Después de un mes en órbita, regresaron a la Tierra, donde el equipo los encontró sanos e intactos.
Para examinar cómo el entorno espacial afecta la función celular, el equipo comparó los patrones de expresión de ARN de las células (una medida de la actividad genética) con los de organismos idénticos de “control terrestre” que permanecieron en la Tierra. Sorprendentemente, descubrieron que los organoides cultivados en microgravedad tenían niveles más altos de genes asociados con la maduración y niveles más bajos de genes asociados con la proliferación en comparación con los controles terrestres, lo que implica que la exposición a la microgravedad Las células entrantes se desarrollan y replican más rápido que las células en la Tierra.
“Descubrimos que en ambos tipos de organoides, el perfil de expresión genética era característico de una etapa de desarrollo más antigua que en los terrestres”, dice Loring. “En microgravedad, crecen más rápido, pero es muy importante saber que no eran neuronas maduras, por lo que no nos dice nada sobre el envejecimiento”.
El equipo también observó que, contrariamente a su hipótesis, había menos inflamación y menos expresión de genes relacionados con el estrés en los organoides cultivados en microgravedad, pero se necesita más investigación para determinar por qué.
Loring plantea la hipótesis de que las condiciones de microgravedad pueden reflejar más fielmente las condiciones que experimentan las células dentro del cerebro que los organoides cultivados en condiciones de laboratorio convencionales y en presencia de gravedad.
“Las propiedades de la microgravedad probablemente también actúan en el cerebro de las personas, porque no hay convección en la microgravedad; en otras palabras, las cosas no se mueven”, dice Loring. “Creo que en el espacio, estos organoides se parecen más a cerebros porque no están llenos de medio de cultivo ni de una gran cantidad de oxígeno. Son muy autónomos; forman algo así como un microcosmos del cerebro”.
El artículo describe la primera misión espacial del equipo, pero desde entonces han enviado cuatro misiones más a la ISS. Con cada una, han replicado las condiciones de la primera misión y han añadido experimentos adicionales.
“Lo siguiente que planeamos hacer es estudiar la parte del cerebro más afectada por la enfermedad de Alzheimer”, dice Loring. “También queremos saber si existen diferencias en la forma en que las neuronas se conectan entre sí en el espacio. Con este tipo de estudio, no se puede confiar en trabajos previos para predecir cuál será el resultado. Porque al principio no hay trabajo .’Están en la planta baja, así que en el cielo, pero en la planta baja.
Este trabajo fue apoyado por financiación de la Fundación Nacional de Células Madre.
