Un suave estruendo bajo los pies de Ngan Huang se aceleró cuando el cohete que transportaba su investigación (células musculares humanas vivas cultivadas en pequeños chips sobre andamios fijos) se elevó, trepó y desapareció en el cielo en el Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional. Los chips ayudarán a Huang a comprender mejor la debilidad muscular, que a menudo se observa en astronautas y adultos mayores, y a probar medicamentos para combatir esta afección.
Ahora, los resultados están de vuelta. Informe en un estudio publicado el 25 de julio Informe de células madre, el equipo de Huang demostró que existen cambios metabólicos en los músculos que viajan por el espacio que indican una regeneración muscular deficiente y una actividad genética asociada con la pérdida muscular relacionada con la edad llamada sarcopenia. Pero el tratamiento farmacológico contrarresta parcialmente los efectos adversos de la microgravedad.
“El espacio es un entorno realmente único que acelera las cualidades asociadas con el envejecimiento y también inhibe muchos procesos saludables”, dijo Huang, profesor asociado de la Universidad de Stanford. “Los astronautas regresan con atrofia muscular o función muscular reducida, porque los músculos no se utilizan activamente en ausencia de gravedad. A medida que los viajes espaciales se vuelven más comunes y disponibles para los civiles, es importante comprender qué les sucede a nuestros músculos en microgravedad”.
Para comprender los efectos de la microgravedad en los músculos, los investigadores introdujeron chips musculares (paquetes de células musculares diseñados por bioingeniería basados en biomateriales modelados que imitan la estructura de los músculos reales) para crecer bajo el cuidado de los astronautas en el espacio durante siete días.
Cuando los investigadores compararon las células musculares cultivadas en microgravedad con las de los humanos cultivados en la Tierra, encontraron deficiencias en la formación de fibras musculares. También descubrieron diferencias en la actividad genética y los perfiles proteicos. Los genes asociados con la función mitocondrial, de la cual los músculos obtienen su energía, estaban comprometidos y los genes asociados con la formación de grasa estaban regulados positivamente. Estos resultados indican que la microgravedad puede causar disfunción en la regeneración muscular.
Los músculos de los astronautas también tienen una actividad genética algo similar a la de los músculos con sarcopenia, que normalmente afecta a personas de 60 años o más.
“Creemos que nuestra investigación sobre chips musculares en microgravedad podría tener implicaciones más amplias sobre la sarcopenia”, dijo Huang. “La sarcopenia normalmente tarda décadas en desarrollarse en la Tierra, y creemos que la microgravedad puede tener cierta capacidad para acelerar el proceso de la enfermedad a la orden del día”.
En un experimento de prueba de concepto que probó chips musculares para la detección de drogas, los astronautas agregaron medicamentos a los chips para tratar la sarcopenia o mejorar la regeneración muscular. El tratamiento mitigó parcialmente algunos de los efectos negativos de la microgravedad en los músculos, evitando el cambio metabólico hacia la formación de grasa. Al observar los patrones de actividad genética, los músculos tratados con medicamentos en microgravedad eran más similares a las muestras en la Tierra que las muestras no tratadas en microgravedad.
Debido a que la investigación espacial requiere mucha mano de obra y recursos, el estudio actual fue un experimento único y se permitió que un número limitado de muestras subieran al cohete. Los científicos ahora están implementando equipos que simulan la microgravedad para superar algunas de estas limitaciones y ayudar en sus investigaciones en el espacio. Los chips musculares de Huang lanzarán otro vuelo espacial en 2025 para continuar la investigación de descubrimiento de fármacos para tratar las deficiencias en la regeneración muscular inducidas por la microgravedad.
“Este concepto de plataforma de chip de tejido diseñado en microgravedad es una herramienta potencialmente transformadora que nos permite estudiar diversas enfermedades y realizar pruebas de detección de fármacos sin sujetos animales o humanos”, dijo Huang.