Ruimtevaart kan de sleutel zijn tot hartherstel
Astronauten leven in een praktisch gewichtloze omgeving, wetenschappelijk bekend als microzwaartekracht. De effecten van microzwaartekracht op het menselijk lichaam zijn divers en fascinerend - sommige schadelijk, andere verlossend. Nieuw onderzoek vindt een therapeutisch doel voor de impact van microzwaartekracht op menselijke stamcellen.
De gewichtloze omstandigheden in een ruimtevaartuig kunnen worden gebruikt om stamcellen te stimuleren, suggereert een nieuwe studie.Van het naar boven verschuiven van de hersenen tot het krimpen van spieren, het opzwellen van aderen en het opzwellen van de gezichten van astronauten, de effecten van microzwaartekracht op het menselijk lichaam zijn op zijn zachtst gezegd fascinerend.
Maar hoe beïnvloeden gewichtloze aandoeningen het hart? Omdat dit vitale orgaan niet zoveel bloed door het lichaam hoeft te pompen als onder zwaartekracht, worden bloedvaten na verloop van tijd minder elastisch en dikker, wat het risico op hartaandoeningen verhoogt.
Als tegenwicht voor deze negatieve gevolgen ontdekken wetenschappers echter steeds meer potentieel therapeutische effecten van ruimtevluchten op het menselijk hart.
Studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat microzwaartekracht die in het laboratorium wordt gesimuleerd, de voorlopercellen van het hart anders beïnvloedt, afhankelijk van hun leeftijd. Voorlopercellen zijn "vroege afstammelingen van stamcellen die kunnen differentiëren om een of meer soorten cellen te vormen."
Andere studies met embryonale muiscellen hebben aangetoond dat simulatie van ruimtevluchten de stamheid en differentiatie van stamcellen beïnvloedt, waardoor ze sneller differentiëren tot hartspiercellen.
Dus vroegen onderzoekers van de Loma Linda University in Loma Linda, CA zich af of stamcellen die op deze manier zijn gemodificeerd, kunnen worden gebruikt voor hartherstel.
Om deze vraag te beantwoorden, simuleerden Jonathan Baio en zijn collega's de moleculaire veranderingen die zouden plaatsvinden onder microzwaartekracht en onderzochten hun implicaties voor het stimuleren van het therapeutische potentieel van cardiovasculaire voorlopercellen.
De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in een speciale uitgave van het tijdschrift Stamcellen en ontwikkeling.
Microzwaartekracht verandert de calciumsignalering
Baio en team simuleerden gedurende 6 tot 7 dagen microzwaartekracht op het internationale ruimtestation van NASA en kweekten 12 dagen lang neonatale cardiale voorlopercellen in het nationale laboratorium aan boord van het ruimtestation.
De wetenschappers zochten naar veranderingen in genexpressie en ontdekten dat de microzwaartekrachtomgeving "de expressie van genen induceerde die doorgaans worden geassocieerd met een eerdere staat van cardiovasculaire ontwikkeling."
Na 6–7 dagen ontdekten de wetenschappers veranderingen in calciumsignaleringsroutes die, zo zeggen ze, zouden kunnen worden gebruikt om op stamcellen gebaseerde therapieën voor hartherstel te verbeteren.
Na 30 dagen werd een calciumafhankelijke proteïnekinase of enzym, genaamd C-alfa, geactiveerd. Om "het effect van calciuminductie in neonatale [cardiale voorlopercellen] verder te onderzoeken", activeerden de onderzoekers de proteïnekinase op aarde door de calciumsignalering te verhogen.
De genoemde veranderingen deden de onderzoekers concluderen dat "het manipuleren van calciumsignalering op aarde een nieuwe therapeutische mogelijkheid biedt voor celgebaseerd hartherstel."
Wat de bevindingen betekenen voor hartherstel
Zoals de auteurs opmerken, zijn er al vroege klinische onderzoeken die hartstamcellen gebruiken om patiënten met ischemische cardiomyopathie te behandelen of om mensen te helpen herstellen van een hartaanval.
Hoewel de resultaten van deze onderzoeken veelbelovend zijn, mislukt celimplantatie soms en zijn wetenschappers nog steeds aan het discussiëren over welk type cel het beste is voor de transplantatie.
"Daarom kan de toepassing van bevindingen van [microzwaartekracht] experimenten op experimenten op aarde helpen om de tekortkomingen van de huidige klinische onderzoeken met het gebruik van [cardiale voorlopercellen] voor hartherstel te overwinnen", schrijven de auteurs.
Baio en collega's concluderen:
“[M] anipulatie van de normale zwaartekrachtomgeving van vroege [cardiale voorlopercellen] kan belangrijke mechanismen benadrukken waarmee vroege cardiale voorlopercellen zich ontwikkelen of uitbreiden. Dergelijke inzichten kunnen worden toegepast om de cardiovasculaire ontwikkeling verder te begrijpen en de resultaten van op stamcellen gebaseerde regeneratieve therapieën te verbeteren. "
Graham C. Parker, Ph.D. - die is aangesloten bij de Wayne State University School of Medicine in Detroit, MI, en de hoofdredacteur van het tijdschrift is Stamcel en ontwikkeling - geeft ook commentaar op de bevindingen.
Hij zegt: "Dit artikel biedt een belangrijk proof-of-concept voor het combineren van experimenteel ontwerp uit de ruimte en op de grond, en informeert de cardiale therapeutische ontwikkeling zowel voor ruimtevluchten als hier op aarde."