När NASA-astronauten Jessica Meir nyligen förde sina händer i Life Sciences Glovebox på den internationella rymdstationen för att genomföra en ny undersökning av hjärtvävnader, hon förde ett långvarigt vetenskapligt samarbete full cirkel.

Innan Meir blev astronaut 2013 och flög till rymdstationen i juli 2019, hon hade lång erfarenhet av biologisk forskning. 1999, under hennes sista grundutbildningsår vid Brown University, hon kopplade till Ph.D. elev Peter Lee. Meir och Lee arbetade i samma labb, och Lee valde Meir till ett team som studerade suturering i mikrogravitation som en del av vad som var NASAs Reduced Gravity Student Flight Opportunities, nu Microgravity University. En examen från masterprogrammet vid det då relativt nya International Space University i Frankrike, han uppmuntrade Meir att delta också; hon tog en magisterexamen där innan hon avslutade en doktorsexamen vid Scripps Institution of Oceanography (UCSD).

Nu, Meir arbetar med Lee igen, denna gång från rymden. För närvarande biträdande professor i kirurgi i hjärtdivisionen vid Ohio State University Wexner Medical Center, Lee är en samutredare på experimentet Engineered Heart Tissues som Meir genomförde i handskfacket ombord på stationen.

"Peter var avgörande för att främja min dröm om att bli astronaut, " säger Meir. "Han öppnade mina ögon för och underlättade engagemang i rymdrelaterade möjligheter som annars helt kan ha gått mig förbi. Att utföra detta experiment på rymdstationen är extremt givande, inte bara för att jag bidrar till förstklassig vetenskap, men också för att jag känner att jag ger något tillbaka till Peter."

Undersökningen tittar på hur mänsklig hjärtvävnad fungerar i rymden. Den använder unika 3D-vävnader gjorda av hjärtceller som kallas kardiomyocyter härrörande från mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (hiPSCs), huvudsakligen vuxna stamceller. De konstruerade hjärtvävnaderna, eller EHT, är komplexa 3D-strukturer, var och en ungefär lika stor som några riskorn. Dessa strukturer liknar mer vävnader i kroppen än platta cellkulturer i en petriskål eller de som flyter i en kolv med vätska.

Forskare förväntar sig betydande skillnader i funktion, strukturera, och genuttryck mellan EHT i mikrogravitation och de på marken. Att förstå dessa skillnader kan hjälpa dem att hitta sätt att förhindra eller mildra problematiska förändringar på framtida långtidsuppdrag.

"Vi vet att mikrogravitation och rymdfärd i allmänhet har effekter på i stort sett alla system i kroppen, och det kardiovaskulära systemet är inget undantag, " säger Lee. "Vi vet inte vad som händer på vävnadsnivå, fastän, och det är svårt att hålla celler i kultur tillräckligt länge för att göra långtidsstudier. Den konstruerade vävnaden tillåter oss att studera långvariga effekter."

Denna undersökning använder en ny typ av sensor som använder magneter för att enkelt registrera muskelsammandragningar och mäter hastigheten och mängden kraft som muskelvävnaderna genererar i realtid. Traditionellt, att göra sådana mätningar har varit svårt, säger Lee.

"Det traditionella sättet är med en kraftgivare, en mekanisk anordning som mäter kraften när du trycker eller drar i den, som när du står på en våg." stolparna rör sig, ändra magnetfältet mellan stolparna och den externa magneten. Baserat på den förändringen, sensorn beräknar stolpens rörelse och kraften som genereras av muskeln.

"En annan fördel med undersökningen är att vi var tvungna att miniatyrisera och automatisera tekniken så mycket som möjligt för att skicka den till rymden, " säger Lee. "Nu har vi en riktigt avancerad, effektivare och mer kostnadseffektiv teknik för användning på jorden."

Innan proteiner tillverkas, celler gör RNA, som fungerar som en budbärare för att bära instruktioner från DNA för att kontrollera processen att tillverka proteiner. Under utredningen, besättningsmedlemmar bevarar några av EHT:erna så att forskare kan mäta RNA:t de syntetiserar.

"Vi kan analysera och titta på mängden RNA som görs för tusentals gener i det ögonblicket, som talar om för oss vilka gener som slås på eller av och på vilka nivåer de uttrycks, " förklarar Lee. Forskare kommer också att ta med några EHT:er tillbaka till jorden för att se om de återhämtar sig från förändringar som observerats i mikrogravitationen.

Huvudutredare för studien är Deok-Ho Kim vid Johns Hopkins University, Baltimore, och projektet inkluderar andra medutredare från University of Washington. National Institutes of Health (NIH) finansierade denna forskning som en del av Tissue Chips in Space-initiativet, och det är ett av nio initiativprojekt i portföljen ISS U.S. National Laboratory. EHT bygger på tidigare ISS National Lab-forskning av Joseph Wu, Lä, och Arun Sharma.

Genom att hjälpa forskare förstå mekanismerna för hur 3D-hjärtceller reagerar på mikrogravitation, denna forskning kan hjälpa patienter med hjärtsjukdom på jorden och möjligen ge ledtrådar för hur man kan skydda astronauter på deras resa till Mars och tillbaka.

"Ur ett personligt perspektiv, det belyser värdet av samarbete och mentorskap, " säger Meir. "Det är så underbart att få saker att fullbordas från att vi två arbetade tillsammans för över 20 år sedan med den gemensamma drömmen om att flyga i rymden till att arbeta tillsammans på Peters experiment på rymdstationen. När du når ut och ger vad du kan för att uppmuntra någon och främja deras drömmar, dina ansträngningar kan vara precis vad som krävs för att förvandla dessa drömmar till verklighet."