Forskare som studerar neurologiska sjukdomar står inför flera skrämmande utmaningar. För en sak, dessa tillstånd kan ta år eller till och med årtionden att utveckla. Dessutom, att experimentera på hjärnan hos friska människor är helt enkelt inte etiskt, och lämpliga mänskliga neurologiska modeller har inte varit lätt tillgängliga.

En undersökning som skickade hjärnorganoider till den internationella rymdstationen kan hjälpa till att möta båda utmaningarna.

Effekten av mikrogravitation på mänskliga hjärnorganoider (Space Tango-Human Brain Organoids) studerar hur mikrogravitation påverkar hjärncellers grundläggande funktioner, inklusive överlevnad, migration och metabolism, och bildandet av neurala nätverk. Den mänskliga hjärnan består av många av dessa nätverk av neuroner eller nervceller som är sammankopplade för att överföra och bearbeta informationen som tas emot från våra sinnen.

Hjärnorganoider är små levande massor av hjärnceller som bildar funktionella neurala nätverk och självorganiserar sig till 3D-strukturer som liknar delar av den mänskliga hjärnan. Forskare har nyligen börjat använda dessa organoider för en rad studier om hjärnans funktion här på jorden. Den vita, Strukturer i ärtstorlek efterliknar de tidiga stadierna av mänsklig hjärnans utveckling och ger en modell för att studera de biologiska processer som är involverade i neurologiska sjukdomar och åldrande.

Den rymdbaserade undersökningen drar fördel av det faktum att i mikrogravitation, människokroppen upplever förändringar som liknar accelererat åldrande. Studier visar att artärväggar blir styvare och tjockare i rymden, till exempel, samma sak som när människor blir äldre på jorden.

"Alzheimer som debuterar sent, till exempel, tar 60 eller 70 år att utvecklas hos en individ, " sa chefsutredaren Alysson Muotri, chef för ett forskningslaboratorium vid University of California San Diego i La Jolla. "Med organoider i labbet, det kan ta lika lång tid. Det är lång tid att hålla dessa celler vid liv. Om vi ​​kunde påskynda sjukdomsutvecklingen, vi skulle kunna skapa en modell som skulle tillåta oss att se hur problem utvecklas och, kanske, hur man kan lindra dem."

Organoider modellerar bara en bråkdel av hjärnan, Muotri förklarade, ändå kan efterlikna en del av organisationen av hjärnvävnader. "De tillhandahåller ett verktyg för att komma åt hjärnans utvecklingsstadium, vilket är ett mycket viktigt steg för att sätta upp den första kabeldragningen av neurala nätverk, ", sa han. "Ett problem i det skedet kan påverka dig för resten av ditt liv."

När de sköt upp i rymden i juli, organoiderna var en månad gamla, en punkt där deras celler snabbt prolifererade och differentierade, eller att bli olika typer av celler. De stannade på det kretsande laboratoriet i 27 dagar innan de återvände till jorden för analys.

Tidigare forskning ger bevis för hur vissa celler och vävnader i kroppen "åldras" snabbare i rymden. Dessa är de första organoiderna i mänsklig hjärna som reser till rymden, så det är ännu inte klart hur mikrogravitation kan påverka deras utveckling.

Vid första ögonkastet, Muotri säger att det verkar som om de rymdfarande organoiderna behöll sin form och kan ha vuxit sig större. Ytterligare analys kan bekräfta det och identifiera eventuella förändringar i deras DNA och genuttryck.

Ta hand om organoider under studier som omfattar månader, om inte år, kan vara mycket tidskrävande. Undersökningen utvecklade speciell hårdvara för att odla organoiderna autonomt, vilket avsevärt skulle kunna förenkla deras användning för forskning i rymden och på jorden.

Förutom att öka förståelsen för utvecklingen av sjukdomar som påverkar hjärnan, denna forskning är grundläggande för att skydda människors hälsa under utforskning av rymden.

"Vi vill se om organoiderna överlever och om celler replikerar och bildar förbindelser, "Muotri sa. "Detta har konsekvenser för långsiktiga rymdresor och kolonisering av framtida planeter."

Muotri säger att framtida studier kan skapa nya organoider från enstaka celler i rymden, och andra skulle kunna behålla dem på rymdstationen längre för att studera senare utvecklingsfaser.

Tills vidare, den aktuella utredningen främjar organoidteknologi, som hjälper till att hantera utmaningar som är involverade i att lära sig mer om den mänskliga hjärnan.

ISS U.S. National Laboratory sponsrade denna undersökning och Space Tango konstruerade hårdvaran för sin CubeLabs-plattform.