L'hardware CubeLab per l'indagine Space Tango-Human Brain Organoidi, che osserva la risposta degli organoidi cerebrali alla microgravità. Credito:NASA
I ricercatori che studiano le malattie neurologiche devono affrontare diverse sfide scoraggianti. Per una cosa, queste condizioni possono richiedere anni o addirittura decenni per svilupparsi. Oltre a ciò, sperimentare sul cervello di esseri umani sani semplicemente non è etico, e modelli neurologici umani adeguati non sono stati prontamente disponibili.
Un'indagine che ha inviato organoidi cerebrali alla Stazione Spaziale Internazionale potrebbe aiutare ad affrontare entrambe le sfide.
L'effetto della microgravità sugli organoidi del cervello umano (Space Tango-Human Brain Organoids) studia come la microgravità influenzi le funzioni di base delle cellule cerebrali, compresa la sopravvivenza, migrazione e metabolismo, e la formazione di reti neurali. Il cervello umano è costituito da molte di queste reti di neuroni o cellule nervose collegate tra loro per trasmettere ed elaborare le informazioni ricevute dai nostri sensi.
Gli organoidi cerebrali sono piccole masse viventi di cellule cerebrali che formano reti neurali funzionali e si auto-organizzano in strutture 3D che ricordano parti del cervello umano. Gli scienziati hanno recentemente iniziato a utilizzare questi organoidi per una serie di studi sulla funzione cerebrale qui sulla Terra. Il bianco, strutture delle dimensioni di un pisello imitano le prime fasi dello sviluppo del cervello umano e forniscono un modello per lo studio dei processi biologici coinvolti nelle malattie neurologiche e nell'invecchiamento.
L'indagine spaziale sfrutta il fatto che in condizioni di microgravità, il corpo umano sperimenta cambiamenti che ricordano l'invecchiamento accelerato. Gli studi dimostrano che le pareti delle arterie diventano più rigide e più spesse nello spazio, Per esempio, lo stesso di quando le persone invecchiano sulla Terra.
Una sezione trasversale di un organoide cerebrale che utilizza l'immunofluorescenza per mostrare i ventricoli (all'interno) e una piastra corticale (all'esterno). Credito:Muotri Lab/UC San Diego
"Alzheimer ad esordio tardivo, Per esempio, impiega 60 o 70 anni per svilupparsi in un individuo, " ha detto il ricercatore principale Alysson Muotri, capo di un laboratorio di ricerca presso l'Università della California San Diego a La Jolla. "Con gli organoidi in laboratorio, potrebbe volerci un tempo simile. È molto tempo per mantenere in vita queste cellule. Se potessimo accelerare lo sviluppo della malattia, potremmo creare un modello che ci permetta di vedere come si sviluppano i problemi e, forse, come mitigarli."
Gli organoidi modellano solo una frazione del cervello, Muotri ha spiegato, tuttavia può imitare parte dell'organizzazione dei tessuti cerebrali. "Forniscono uno strumento per accedere alla fase di sviluppo del cervello, che è una fase molto importante per l'impostazione del primo cablaggio delle reti neurali, " ha detto. "Un problema in quella fase può interessarti per il resto della tua vita."
Quando sono stati lanciati nello spazio a luglio, gli organoidi avevano un mese, un punto in cui le loro cellule stavano rapidamente proliferando e differenziandosi, o diventare diversi tipi di cellule. Rimasero nel laboratorio orbitante per 27 giorni prima di tornare sulla Terra per l'analisi.
Ricerche precedenti hanno fornito prove di come alcune cellule e tessuti del corpo "invecchiano" più rapidamente nello spazio. Questi sono i primi organoidi del cervello umano a viaggiare nello spazio, quindi non è ancora chiaro come la microgravità possa influenzare il loro sviluppo.
A prima vista, Muotri dice che sembra che gli organoidi che viaggiano nello spazio abbiano mantenuto la loro forma e potrebbero essere diventati più grandi. Ulteriori analisi potrebbero confermarlo e identificare eventuali cambiamenti nel loro DNA e nell'espressione genica.
Organoidi cerebrali cresciuti nel Laboratorio Muotri dell'Università della California San Diego a La Jolla per un mese e poi inviati alla Stazione Spaziale Internazionale. Credito:Muotri Lab/UC San Diego
Prendersi cura degli organoidi durante studi che coprono mesi, se non anni, può richiedere molto tempo. L'indagine ha sviluppato hardware speciale per la crescita autonoma degli organoidi, che potrebbe semplificare notevolmente il loro utilizzo per la ricerca nello spazio e sulla Terra.
Oltre a far progredire la comprensione dello sviluppo delle malattie che colpiscono il cervello, questa ricerca è fondamentale per proteggere la salute umana durante l'esplorazione dello spazio.
"Vogliamo vedere se gli organoidi sopravvivono e se le cellule si replicano e formano connessioni, " Ha detto Muotri. "Questo ha implicazioni per i viaggi spaziali a lungo termine e la colonizzazione dei pianeti futuri".
Muotri afferma che studi futuri potrebbero creare nuovi organoidi da singole cellule nello spazio, e altri potrebbero tenerli sulla stazione spaziale più a lungo per studiare le fasi successive dello sviluppo.
Per adesso, l'attuale indagine fa avanzare la tecnologia degli organoidi, che aiuta ad affrontare le sfide legate all'apprendimento di più sul cervello umano.
L'ISS U.S. National Laboratory ha sponsorizzato questa indagine e Space Tango ha progettato l'hardware per la sua piattaforma CubeLabs.
