Det har varit känt i decennier att även om astronauternas immunsystem blir undertryckta i rymden, vilket gör dem sårbara för sjukdomar, har de exakta mekanismerna för immundysfunktion förblivit ett mysterium. Nu har en Cornell-student hittat en potentiell lösning.

Rocky An, en dubbel major i biologisk och mekanisk ingenjörsteknik vid College of Engineering, publicerade sin teori, "MRTF May be the Missing Link in a Multiscale Mechanobiology Approach toward Macrophage Dysfunction in Space," 12 september i Frontiers in Cell and Developmental Biologi .

En granskad de senaste 20 årens litteratur om beteendet hos makrofager – nyckelceller i kroppens immunsvar – i rymden och ny forskning om hur makrofager reagerar på krafter i normal gravitation, identifiera en transkriptionsfaktor som kan visa sig vara den saknade delen av pusslet.

"Jag fortsatte bara att ställa frågor om hur uppgifterna presenteras," sa An. "Det finns dessa två riktigt viktiga artiklar, i synnerhet, en genomgång av hur makrofager dämpas i mikrogravitation, och en annan om makrofagernas mekanobiologi. Jag kunde koppla ihop dessa två artiklar, och det var då idén kom till mig. Jag var verkligen upprymd, eftersom det var en slags "Eureka!" ögonblick för mig."

I rymden förändrar bristen på gravitation immuncellens form, och forskare har misstänkt att förändringar i cytoskelettet, cellens filamenterade infrastruktur, var inblandade i immundysfunktion. Nyligen genomförda studier med normal gravitation har visat att störning av makrofagernas cytoskelett minskar transporten av ett visst protein, en transkriptionsfaktor som är viktig för immunsvaret, till kärnan.

Genom att jämföra studierna av celler i mikrogravitation och analysera studiesätten och tillhörande tidsskalor – om makrofager faktiskt studerades i rymden eller på ett paraboliskt flygplan, eller i en simulering av mikrogravitation i labbet – kunde An peka på ett protein , Myocardin-Related Transcription Factor (MRTF), som en trolig boven i immunsystemets dysfunktion.

"Jag tycker att det är ett ganska övertygande argument att MRTF är en stor del av problemet", sa An. "Jag hoppas att det kommer att inspirera framtida studier som verkligen fokuserar på det ena proteinet och cytoskelettet, och kanske kan det vara det första steget mot en rymdfärdsimmunbehandling."

Uppsatsen antyder att MRTF kan vara inblandad i stressen på astronauternas kardiovaskulära hälsa också. An pekar också på andra faktorer som kan spela en roll vid immundysfunktion och noterar att ytterligare forskning behövs för att förstå hur MRTF interagerar med makrofagkärnan i mikrogravitation.

Medan An arbetade självständigt med publikationen, krediterar han sina Cornell-professorer (inklusive Mingming Wu, professor, och Minglin Ma, docent, både i biologisk och miljöteknik vid College of Agriculture and Life Sciences; Brian J. Kirby, Meinig Family Professor i teknik; och Donna Cassidy Hanley, senior forskarassistent vid College of Veterinary Medicine, bland många andra lärare) för att modellera ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt och uppmuntra undersökningar.

Redan innan han skrev in sig på Cornell, hade An kontakt med labbet hos Theodore Clark, professor i mikrobiologi och immunologi vid College of Veterinary Medicine, där An har ägnat sig åt forskning sedan sitt första år. Han tillskriver också sin erfarenhet från Cornell iGEM (Genetiskt Engineered Machines) Project Team, med rådgivning från Jan Lammerding, professor vid Meinig School of Biomedical Engineering, som hjälpte honom att utvecklas som vetenskapsman.

"Den största hjälpen har varit professorerna och sättet de har undervisat mina klasser på," sa An. "Och sedan med forskning i labbet och mitt projektteam har det funnits många möjligheter att lära sig självständigt och ställa våra egna frågor."

An fick också värdefull erfarenhet av sommarpraktik. 2021 valdes han ut som forskarassistent för NASA:s Space Life Sciences Training Program, där han studerade effekten av mikrogravitation på celler och var medförfattare till sin första artikel, en optimering av ett modelleringsramverk för att studera celler i mikrogravitation.

An tillbringade sedan sommaren 2022 som Amgen Scholar vid Harvard Universitys Wyss Institute, där han arbetade inom området mekanisk immunterapi och utforskade terapier som fungerar genom att manipulera cellernas struktur.

"Jag har alltid varit intresserad av celler, men också mekaniken, hur celler reagerar på krafter," sa An. "Jag gillar det här tillvägagångssättet eftersom det är lite nytt, och jag tror att det skiljer sig väldigt mycket från vad man i allmänhet lär sig inom biologi, där allt är en serie kemiska reaktioner. Jag gillar verkligen samspelet mellan de två områdena." + Utforska vidare

Nanopartiklar tränar immunceller för att bekämpa cancer