Системите "мускул върху чип" представляват триизмерни снопове от човешки мускулни клетки, култивирани върху колагенови скелета. Изследователски екип от Станфордския университет изпрати някои от тези системи на Международната космическа станция, за да проучи атрофията на мускулите, която често се наблюдава при астронавтите.

Оказва се, че Космосът предизвиква процеси в човешките мускули, които страшно приличат на нещо, което познаваме много добре: остаряването. "Научихме, че микрогравитацията имитира някои от качествата на ускореното стареене", казва Нган Ф. Хуанг, доцент в Станфорд и ръководител на изследването.

"Тази работа е резултат от опита на нашата лаборатория в областта на регенеративната медицина и тъканното инженерство. Получихме финансиране за провеждане на експеримент по тъканно инженерство на МКС, което наистина ни помогна да започнем това пътешествие, и ни стана интересно как микрогравитацията влияе на човешкото здраве", казва Хуанг. Затова екипът ѝ се зае с проектирането на изследователското оборудване, необходимо за работа на борда на космическата станция. Първата стъпка беше изграждането на системите "мускул върху чип".

"Голяма част от това, което се знаеше за това как Космосът влияе на мускулите, беше събрано чрез изучаване на астронавтите или на животни като мишки, поставени в микрогравитация за изследователски цели", каза Хуанг. "В някои случаи е имало и in vitro култивирани клетки върху блюдо на Петри - нещо много елементарно. Ние искахме да имаме нещо по-сложно в структурно отношение." Екипът ѝ разработи платформа за мускули върху чип, в която човешки миотуби - клетки, които се организират в дълги паралелни снопове, които в крайна сметка се превръщат в мускулни влакна в живия организъм - бяха отгледани върху колагенови скелети. Целта е пробите да имитират по-добре истинските мускули. Но това беше свързано с предизвикателство: поддържането им живи на МКС.

"Когато отглеждаме клетки на Земята, изливаме средата - основно течност с хранителни вещества, които позволяват на клетките да растат - върху клетките и всичко е наред", продължава Хуанг. "Но в Космоса, при липсата на гравитация ни трябва затворена, непропусклива, плътно запечатана камера."

Нивата на кислород и въглероден диоксид се поддържаха с помощта на пропускливи мембрани. Смяната на средата беше сложна процедура, включваща спринцовки и малки портове, проектирани по поръчка. Но в крайна сметка пускането в действие на всички тези приспособления си заслужава.

Екипът на Хуанг разполага с два комплекта системи "мускул върху чип": един на Земята и един на МКС. Идеята на изследването е да се сравнят гените, които са били регулирани или намалени във всеки набор от проби. Оказа се, че активността на много гени, свързани със стареенето, се увеличава в условията на микрогравитация.

Този резултат бе потвърден, когато екипът анализира средата, която бе свалена, след като клетките бяха израснали в нея. "Целта беше да се идентифицират протеините, освободени от клетките, които са свързани с микрогравитацията. Сред тях най-забележителен беше GDF15, който има отношение към различни заболявания, особено към митохондриалната дисфункция или стареенето", каза Хуанг.

Като цяло състоянието на клетките на МКС донякъде приличаше на саркопения - заболяване, свързано с възрастовата загуба на мускулна маса. "Имаше някои прилики, но и много разлики. Причината, поради която не направихме саркопенията основен фокус на това изследване, е, че знаем, че нашата система за мускули върху чип е модел. Тя представлява предимно мускулни клетки върху скеле. В нея няма кръвоносни съдове или нерви. Сравняването на това с клинични, реални мускулни проби е малко трудно, тъй като не се сравняват ябълки с ябълки", казва Хуанг.

Въпреки това екипът ѝ използва своите проби от мускули на чип в МКС, за да проведе тестове за скрининг на лекарства. Тестваните лекарства включват такива, използвани за лечение на саркопения, наред с други състояния.

"Причината, поради която правим този скрининг на лекарства, е да разработим лекарства, които биха могли да се приемат превантивно или по време на полета, за да се противодейства на мускулната атрофия. Вероятно това би било по-осъществимо, по-леко и по-евтино, отколкото да се правят концепции за изкуствена гравитация", завършва Хуанг.

Най-обещаващите кандидат-лекарства, избрани при тези наземни експерименти, ще бъдат тествани върху системите на Хуанг за мускули върху чип на борда на МКС през 2025 г.

Снимка: Unsplash/NASA

Виж още: AMD вече работи по процесори Zen 7, които са три поколения напред в бъдещето