Se sabe que la microgravedad altera los músculos, los huesos, el sistema inmunológico y la cognición, pero se sabe poco sobre sus efectos específicos en el cerebro. Para descubrir cómo responden las células cerebrales a la microgravedad, los científicos de Scripps Research, en colaboración con la New York Stem Cell Foundation, enviaron pequeños enjambres de células cerebrales derivadas de células madre llamadas “organoides” a la Estación Espacial Internacional (ISS).
Sorprendentemente, los organoides todavía estaban sanos cuando regresaron de la órbita un mes después, pero las células habían madurado más rápido que los organoides idénticos cultivados en la Tierra: estaban más cerca de convertirse en neuronas adultas y comenzar a mostrar signos de especialización. Los hallazgos, que pueden arrojar luz sobre los posibles efectos neurológicos de los viajes espaciales, se publicaron el 23 de octubre de 2024. Medicina traslacional de células madre.
“El hecho de que estas células sobrevivieran en el espacio fue una gran sorpresa”, dijo el coautor principal Gene Loring, PhD, profesor emérito del Departamento de Medicina Molecular y director fundador del Centro de Medicina Regenerativa de Scripps Research. “Esto sienta las bases para futuros experimentos en el espacio, donde podremos incluir otras partes del cerebro afectadas por enfermedades neurodegenerativas”.
En la Tierra, el equipo utilizó células madre para crear organoides que contienen neuronas corticales o dopaminérgicas, la población neuronal afectada en la esclerosis múltiple y la enfermedad de Parkinson, enfermedades que Loring ha estudiado durante décadas. Algunos de los organoides para probar el efecto de la microgravedad sobre la inflamación incluyeron la microglia, un tipo de célula inmune que reside en el cerebro.
Los organoides generalmente se cultivan en un medio fluido rico en nutrientes que debe cambiarse periódicamente para garantizar una nutrición celular adecuada y eliminar los productos de desecho. Para evitar la necesidad de trabajo de laboratorio en la ISS, el equipo fue pionero en un método para cultivar organoides más pequeños de lo habitual en crioviales: viales pequeños y herméticos diseñados originalmente para congelación profunda.
Los organoides se prepararon en un laboratorio de la Estación Espacial Kennedy y viajaron a la ISS en una incubadora en miniatura. Después de un mes en órbita, regresaron a la Tierra, donde el equipo demostró que estaban sanos e intactos.
Para probar cómo el entorno espacial afecta la función celular, el equipo comparó los patrones de expresión de ARN de las células (una medida de la actividad genética) con organoides idénticos de “control terrestre” que quedan en la Tierra. Sorprendentemente, descubrieron que los organoides cultivados en microgravedad tenían niveles más altos de genes asociados con la maduración y niveles más bajos de genes asociados con la proliferación que los controles terrestres, lo que significa que las células expuestas a la microgravedad se desarrollaron más rápido y se replicaron menos que las de la Tierra.
“Descubrimos que en ambos tipos de organoides, el perfil de expresión genética era característico de una etapa de desarrollo más antigua que la de los del suelo”, dijo Loring. “En microgravedad, evolucionaron más rápido, pero es realmente importante saber que no eran neuronas adultas, por lo que no nos dice nada sobre el envejecimiento”.
El equipo también observó que, contrariamente a su hipótesis, los organoides cultivados en microgravedad tenían menos inflamación y menos expresión de genes relacionados con el estrés, pero se necesita más investigación para determinar por qué.
Loring especula que las condiciones de microgravedad pueden reflejar más fielmente las condiciones experimentadas por las células dentro del cerebro que los organoides cultivados en condiciones de laboratorio convencionales y en presencia de gravedad.
“Las propiedades de la microgravedad probablemente también actúan en el cerebro humano, porque no hay convección en la microgravedad; en otras palabras, las cosas no se mueven”, dijo Loring. “Creo que en el espacio, estos organoides se parecen más a cerebros porque no reciben un medio de cultivo ni una gran cantidad de oxígeno. Son muy independientes; forman algo así como un cerebro, un microcosmos del cerebro”.
El artículo describe la primera misión espacial del equipo, pero desde entonces han enviado cuatro misiones más a la ISS. Con cada uno, replicaron las condiciones de la primera misión y agregaron experimentos adicionales.
“Lo siguiente que planeamos hacer es estudiar la parte del cerebro más afectada por la enfermedad de Alzheimer”, dijo Loring. “También queremos saber si existen diferencias en la forma en que las neuronas se conectan entre sí en el espacio. Con este tipo de investigación, no se puede confiar en trabajos previos para predecir cuál será el resultado porque no hay trabajos previos. Estamos ‘en la planta baja, así que en el cielo, pero en la planta baja’.
Este trabajo fue apoyado por financiación de la Fundación Nacional de Células Madre.