Desde que los humanos viajan en el espacio, los astronautas han experimentado importantes efectos en la salud debido a las condiciones extremas de los vuelos espaciales, en particular la gravedad reducida.

Dos científicos de Buck lideraron un equipo que descubrió por primera vez cómo la falta de gravedad afecta a las células del sistema inmunológico en resolución unicelular. Como autores principales con Christopher E. Mason, PhD, el profesor asociado David Furman, PhD, y el profesor asociado Daniel Weiner, MD, Weill Cornell Medical College, publicado en la edición del 11 de junio de 2020 Conexiones con la naturaleza un estudio extenso sobre cómo la gravedad afecta las células inmunes y la identificación de «nutrientes espaciales» para prevenir sesgos de microgravedad en estas células.

«Mostramos cómo la microgravedad simulada da forma a las células inmunes y cómo los cambios de fuerza alteran la función celular a nivel unicelular», dijo Wiener. «Este nivel de resolución es nuevo y apasionante para comprender los efectos de la microgravedad en las células».

Utilizando células en microgravedad simulada, combinadas con datos de vuelos espaciales de astronautas y ratones en la Estación Espacial Internacional, los investigadores crearon una imagen completa de cómo las diferentes células del sistema inmunológico en la sangre periférica se forman en gravedad reducida. Estas células incluyen linfocitos y monocitos, que son actores clave en la inmunidad.

El estudio tiene implicaciones potenciales para el envejecimiento inmunológico en la Tierra, ya que los cambios observados durante el envejecimiento son similares a los registrados durante los viajes espaciales.

El equipo también señala el camino para identificar compuestos que puedan revertir los efectos de la gravedad cercana a cero y muestra que uno de los compuestos, la quercetina, es prometedor para mitigar el daño causado por los vuelos espaciales y el envejecimiento normal en la Tierra.

«Nuestro trabajo proporciona un recurso para comprender mejor cómo y por qué el sistema inmunológico cambia en microgravedad y vuelos espaciales simulados», dijo Furman. «También proporcionamos una manera de desarrollar contramedidas para mantener la inmunidad normal en estas duras condiciones».

Los astronautas en órbita terrestre baja, como la Estación Espacial Internacional, sufren problemas del sistema inmunológico, especialmente infecciones, reactivación de virus latentes y sensibilidad cutánea. Estas reacciones ocurren incluso durante vuelos espaciales cortos.

Estudios anteriores que utilizaron condiciones de microgravedad reales o simuladas han encontrado alteraciones en diversas funciones de las células inmunitarias. Sin embargo, los investigadores dijeron que los mecanismos, genes y vías fundamentales que explican la disfunción inmune en microgravedad no estaban claros. Querían entender qué estaba sucediendo a nivel celular para explicar los cambios.

El equipo, dirigido por los coautores del estudio, el investigador postdoctoral de Buck, Fei Wu, el estudiante de doctorado y el estudiante de posgrado Huixun Du, investigó en profundidad cómo 25 horas de microgravedad simulada afectan el sistema inmunológico mononuclear de sangre periférica humana utilizando muestras de 27 donantes sanos entre 20 y 46 años. Para simular un entorno con gravedad cercana a cero, el equipo cultivó células en un plato de pared giratoria, un dispositivo desarrollado por la NASA para simular condiciones de microgravedad.

El equipo utilizó varios métodos, incluida la secuenciación y la microscopía de alta resolución, para estudiar los cambios causados ​​por la gravedad reducida. Luego confirmaron sus hallazgos comparando sus datos con otros estudios espaciales de humanos y ratones, incluida la misión JAXA (Estudio del epigenoma libre de células), la misión SpaceX Inspiration 4, el estudio Gemini de la NASA y bazos de ratones en la Estación Espacial Internacional. . .

«Curiosamente, los cambios en las fuerzas mecánicas parecen orquestar la función de las células inmunitarias», dijo Wiener, cuyo interés en la investigación de la medicina espacial surgió de su incursión en el campo emergente de la mecanoinmunología, o cómo las fuerzas ambientales afectan la función de las células inmunitarias. Algunas partes de la astroinmunología están relacionadas con la inmunología mecanicista, dijo, pero está demostrando ser un campo nuevo que allana el camino para una mejor comprensión de cómo ayudar al sistema inmunológico a sobrevivir en el espacio.

Después de encontrar varios genes y vías bioquímicas afectadas por la microgravedad, el equipo quería ver si podían encontrar algún fármaco o suplemento específico que pudiera proteger las células inmunitarias. Para ayudarlos en su búsqueda, utilizaron tecnología de aprendizaje automático desarrollada por Furman at the Buck, que puede descubrir más de 2 millones de interacciones entre genes y diferentes medicamentos y alimentos.

Identificaron docenas de compuestos potenciales y eligieron uno, el pigmento vegetal quercetina (que se encuentra comúnmente en cebollas rojas, uvas, bayas, manzanas y cítricos), para investigar más a fondo porque está ampliamente disponible como suplemento antioxidante y antienvejecimiento. Resultó que la quercetina revirtió alrededor del 70 por ciento de los cambios causados ​​por la falta de gravedad y protegió a las células del exceso de especies reactivas de oxígeno.

«Estos hallazgos identifican signos de cambios en las células inmunes en microgravedad simulada con correlaciones con la exposición a vuelos espaciales en ratones y humanos», dijo Wiener. «Este trabajo ayuda a identificar vías para futuras investigaciones en mecanoinmunología y astroinmunología y brinda oportunidades para desarrollar contramedidas para mantener la función celular normal en el espacio».

Furman añade que esta publicación establece el estándar para analizar los cambios fisiológicos que acompañan a los viajes espaciales. «Este es el primer estudio exhaustivo que proporciona a la comunidad científica de todo el mundo un atlas para comprender la biología humana en esta condición extrema», afirma.

«El impacto es enorme, no sólo para las personas en el espacio», añade. Los investigadores están entusiasmados de explorar los cambios paralelos que descubren que ocurren en los humanos que envejecen en el terreno y utilizar el conocimiento para desarrollar intervenciones que potencialmente puedan revertir la disfunción inmune asociada con el envejecimiento.



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