Quando l'astronauta della NASA Jessica Meir ha recentemente infilato le mani nel Life Sciences Glovebox sulla Stazione Spaziale Internazionale per condurre una nuova indagine sui tessuti cardiaci, ha chiuso il cerchio con una lunga collaborazione scientifica.

Prima che Meir diventasse astronauta nel 2013 e volasse sulla stazione spaziale nel luglio 2019, aveva una vasta esperienza con la ricerca biologica. Nel 1999, durante il suo ultimo anno di laurea alla Brown University, si è collegata con il dottorato di ricerca. studente Peter Lee. Meir e Lee hanno lavorato nello stesso laboratorio, e Lee hanno selezionato Meir per un team che ha studiato la sutura in microgravità come parte di quelle che erano le opportunità di volo per studenti a gravità ridotta della NASA, ora Microgravity University. Laureato in un master presso l'allora relativamente nuova Università Spaziale Internazionale in Francia, ha incoraggiato anche Meir a partecipare; ha conseguito un master lì prima di completare un dottorato presso la Scripps Institution of Oceanography (UCSD).

Ora, Meir sta lavorando di nuovo con Lee, questa volta dallo spazio. Attualmente assistente professore di chirurgia nella divisione cardiaca presso l'Ohio State University Wexner Medical Center, Lee è un coinvestigatore dell'esperimento sui tessuti cardiaci ingegnerizzati che Meir ha condotto nel vano portaoggetti a bordo della stazione.

"Peter è stato determinante nel promuovere il mio sogno di diventare un astronauta, " Dice Meir. "Mi ha aperto gli occhi e ha facilitato il coinvolgimento in opportunità legate allo spazio che altrimenti mi sarebbero completamente sfuggite. Effettuare questo esperimento sulla stazione spaziale è estremamente gratificante, non solo perché sto contribuendo a una scienza di prim'ordine, ma anche perché mi sembra di restituire qualcosa a Peter».

L'indagine esamina come funziona il tessuto cardiaco umano nello spazio. Utilizza tessuti 3D unici realizzati da cellule cardiache chiamate cardiomiociti derivati ​​da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (hiPSC), cellule staminali essenzialmente adulte. I tessuti cardiaci ingegnerizzati, o EHT, sono strutture 3D complesse, ciascuno delle dimensioni di pochi chicchi di riso. Queste strutture sono più simili ai tessuti del corpo rispetto alle colture cellulari piatte in una capsula di Petri o a quelle che galleggiano in una boccetta di liquido.

I ricercatori si aspettano differenze significative nella funzione, struttura, e l'espressione genica tra gli EHT in microgravità e quelli a terra. Comprendere queste differenze potrebbe aiutarli a trovare modi per prevenire o mitigare i cambiamenti problematici nelle future missioni di lunga durata.

"Sappiamo che la microgravità e il volo spaziale in generale hanno un impatto su praticamente tutti i sistemi del corpo, e il sistema cardiovascolare non fa eccezione, " dice Lee. "Non sappiamo cosa succede a livello dei tessuti, anche se, ed è difficile mantenere le cellule in coltura abbastanza a lungo per fare studi a lungo termine. Il tessuto ingegnerizzato ci consente di studiare gli effetti a lunga durata".

Questa indagine impiega un nuovo tipo di sensore che utilizza magneti per registrare facilmente le contrazioni muscolari e misura la velocità e la quantità di forza generata dai tessuti muscolari in tempo reale. Tradizionalmente, prendere tali misurazioni è stato difficile, dice Lee.

"Il modo tradizionale è con un trasduttore di forza, un dispositivo meccanico che misura la forza quando lo si spinge o lo si tira, come quando ti trovi su una bilancia." Gli EHT in questa indagine si formano attorno a pali flessibili con minuscoli magneti su una delle loro estremità. Quando il tessuto muscolare si contrae, i post si spostano, modificando il campo magnetico tra i montanti e il magnete esterno. Sulla base di tale cambiamento, il sensore calcola il movimento del palo e la forza generata dal muscolo.

"Un altro vantaggio dell'indagine è che abbiamo dovuto miniaturizzare e automatizzare il più possibile la tecnologia per inviarla nello spazio, " dice Lee. "Ora abbiamo un sistema davvero avanzato, tecnologia più efficiente e più conveniente per l'uso sulla Terra."

Prima che vengano prodotte le proteine, le cellule producono RNA, che funge da messaggero per trasportare istruzioni dal DNA per controllare il processo di produzione delle proteine. Durante le indagini, i membri dell'equipaggio stanno preservando alcuni degli EHT in modo che i ricercatori possano misurare l'RNA che sintetizzano.

"Possiamo analizzare e guardare la quantità di RNA prodotta per migliaia di geni in quel momento, che ci dice quali geni vengono attivati ​​o disattivati ​​e a quali livelli vengono espressi, "Spiega Lee. I ricercatori riporteranno anche alcuni EHT sulla Terra per vedere se si riprendono dai cambiamenti osservati nella microgravità.

Il ricercatore principale dello studio è Deok-Ho Kim della Johns Hopkins University, Baltimora, e il progetto include altri co-investigatori dell'Università di Washington. Il National Institutes of Health (NIH) ha finanziato questa ricerca come parte dell'iniziativa Tissue Chips in Space, ed è uno dei nove progetti di iniziativa nel portafoglio dell'ISS U.S. National Laboratory. EHT si basa sulla precedente ricerca ISS National Lab di Joseph Wu, Lee, e Arun Sharma.

Aiutando gli scienziati a comprendere i meccanismi di come le cellule cardiache 3-D reagiscono alla microgravità, questa ricerca potrebbe aiutare i pazienti con malattie cardiache sulla Terra e forse offrire indizi su come proteggere gli astronauti nel loro viaggio su Marte e ritorno.

"Da un punto di vista personale, mette in evidenza il valore della collaborazione e del tutoraggio, " Dice Meir. "È così meraviglioso portare le cose al punto di partenza da noi due che lavoravamo insieme più di 20 anni fa con il sogno condiviso di volare nello spazio per lavorare insieme all'esperimento di Peter sulla stazione spaziale. Quando ti allunghi e dai ciò che puoi per incoraggiare qualcuno e promuovere i suoi sogni, i tuoi sforzi potrebbero essere esattamente ciò che serve per trasformare quei sogni in realtà."