Vue d'artiste de la future station spatiale chinoise. Si tout se passe comme prévu, un projet de recherche basé sur NTNU sera mené à bord de la station spatiale dès 2022. Crédit :China Manned Space Agency
L'apesanteur peut-elle empêcher le cancer de se développer ? L'un des neuf projets de recherche qui ont reçu le feu vert pour la nouvelle Station spatiale chinoise prévue pour 2022 est conçu pour répondre à cette question précise.
Les conditions de laboratoire uniques offertes par la Station spatiale internationale et la future Station spatiale chinoise (CSS) permettent des recherches sur tout, des diagnostics par ultrasons en microgravité aux études de la croissance cristalline.
Maintenant, lorsque la Station spatiale chinoise sera prête à démarrer des projets de recherche vers 2022, il comprendra un projet de recherche inhabituel sur le cancer appelé « Tumours in Space, " dirigé par un chercheur canadien basé en Norvège. Le projet examinera les rôles de la microgravité et du rayonnement cosmique dans la croissance et le développement des tumeurs.
Non seulement le projet est l'un des neuf sélectionnés par le Bureau des Nations Unies pour les affaires spatiales (UNOOSA) et l'Agence spatiale chinoise habitée (CMSA) dans le cadre de leur programme visant à offrir aux scientifiques du monde entier la possibilité de réaliser des expériences sur le CSS, c'est la seule parmi les 9 sélectionnées qui est dirigée par une femme.
"Le plan est d'envoyer dans l'espace des organoïdes de cellules souches tridimensionnelles provenant de tissus sains et cancéreux de la même personne. Ici, nous étudierons les mutations et examinerons comment l'ADN de la cellule est affecté par l'apesanteur et le rayonnement cosmique, " dit Tricia L. Larose, Chercheur principal pour le projet Tumeurs dans l'espace à la Faculté de médecine et des sciences de la santé de l'Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU).
« À l'UNOOSA, nous sommes fiers que notre partenariat avec l'Agence spatiale chinoise habitée permette de mener une expérience aussi intéressante à bord du CSS, " a déclaré Simonetta Di Pippo, Directeur de l'UNOOSA. "L'espace ouvre constamment de nouvelles frontières pour que l'humanité avance, comme le démontre ce projet, qui vise à trouver de nouvelles façons de réduire les tumeurs, l'un des principaux tueurs de notre temps."
Tumeurs en apesanteur
L'expérience s'appuiera sur des tumeurs cancéreuses tridimensionnelles, appelés organoïdes. Ces organoïdes sont cultivés à partir de cellules souches humaines adultes, qui sont une sorte de cellule qui peut se diviser indéfiniment et créer ainsi différents types de cellules. Les chercheurs ont perfectionné leur capacité à cultiver des organoïdes afin qu'ils forment en fait de minuscules structures qui imitent différents organes.
Des recherches antérieures sur le cancer menées dans l'espace ont utilisé des cellules 2D plus simples, qui ne donnent aux chercheurs que des informations limitées. Les organoïdes 3D qui seront utilisés dans le projet fournissent une meilleure information, parce qu'ils sont plus proches de leur forme naturelle et qu'ils ont les caractéristiques des organes qu'ils ont été créés pour imiter.
Vue d'artiste du processus de croissance d'organoïdes à partir de cellules souches intestinales adultes. Crédit :Hans Clevers
L'hypothèse de Larose est que la croissance des organoïdes cancéreux ralentira ou s'arrêtera lorsqu'ils ne seront pas affectés par la gravité terrestre. Des recherches antérieures sur les cellules bidimensionnelles ont montré que l'apesanteur a une influence sur l'expression des gènes liée au développement tumoral.
Identifier le bruit des cellules cancéreuses
Les mutations dans les cellules cancéreuses laissent une sorte d'empreinte digitale dans l'ADN des cellules appelée signature mutationnelle; chaque type de cancer a le sien.
« Quand nous examinons les signatures mutationnelles dans les cellules cancéreuses, il y a beaucoup de "bruit". Le bruit est quelque chose dont nous ne savons tout simplement pas grand-chose, " dit Larose. " Une partie de mon processus expérimental consiste à identifier de nouvelles causes de ce bruit, et une partie de cela pourrait être la gravité"
Sa théorie est qu'une partie du « bruit » inconnu dans les cellules cancéreuses est là en raison de la gravité. Étant donné que les cellules saines et les cellules cancéreuses sont affectées par la gravité, les chercheurs devraient pouvoir le détecter dans les empreintes digitales de toutes nos cellules.
"Je cherche l'empreinte moléculaire de la force gravitationnelle, " elle a dit, en partie parce qu'il peut aider à expliquer la signification d'une partie du bruit dans les cellules cancéreuses.
Larose dit que la signature mutationnelle de la gravité n'a jamais été étudiée ni même proposée comme concept.
Bien qu'il n'y ait pas de gravité dans l'espace, il y a un rayonnement cosmique. L'expérience testera également comment le rayonnement cosmique affecte l'ADN des organoïdes sains et si cela conduit à des mutations et au cancer.
Les différentes causes de cancer, comme fumer, Rayonnement UV et rayonnement ionisant, laissent également des signatures mutationnelles. L'identification des signatures mutationnelles des expositions cancérigènes peut être utilisée pour la prédiction des risques, et mieux comprendre l'étiologie du cancer, conduisant finalement à de meilleurs diagnostics et thérapeutiques.
Tant que les humains passent du temps dans l'espace, il sera important pour les chercheurs d'apprendre comment l'exposition aux rayonnements cosmiques affecte la santé. Ici, vue depuis la fenêtre de la Station spatiale internationale. Crédit :Nick Hague, Nasa
"Ma recherche au sol avec les rayonnements ionisants nous aidera également à comprendre les effets secondaires de la radiothérapie pour les patients cancéreux sur Terre, " elle a dit.
Évaluer le risque de cancer pour les astronautes
Les études de Larose sur le rayonnement cosmique aideront également à comprendre le risque de cancer pour les astronautes en mission de longue durée dans la station spatiale, ou des trajets plus longs, comme vers Mars.
"Le plus grand défi avec les vols spatiaux habités et l'exploration pour les missions de longue durée vers Mars et au-delà, est le risque de cancer pour l'équipage en raison de l'exposition aux rayonnements cosmiques. En identifiant la signature mutationnelle du rayonnement cosmique et en la comparant à la signature connue du rayonnement ionisant, nous serons peut-être mieux en mesure de prévoir les risques et de protéger l'équipage lors d'une mission spatiale de longue durée », a déclaré Larose.
Marianne K. Vinje Tantillo, responsable des vols habités et de l'exploration à l'Agence spatiale norvégienne, dit que la proposition de Larose aborde des questions auxquelles il faut répondre.
"Si vous allez dans l'espace, vous devez résoudre des problèmes de rayonnement, et c'est un pas dans cette direction, " dit-elle. " Que ce soit en orbite autour de la lune, ou voyager vers Mars, vous devez connaître les radiations si vous voulez survivre sainement pendant le voyage.
Tantillo a déclaré que les recherches de Larose pourraient également être un point focal pour la construction de réseaux norvégiens pour la recherche spatiale, ainsi que de semer les graines de la croissance de nouvelles industries.
"À long terme, cela pourrait être un nouveau domaine où la Norvège pourrait développer la technologie, " dit-elle. " Pensez à la surveillance des radiations, ou d'autres types de technologie de capteur qui pourraient être utilisés pour déterminer l'exposition, ou la technologie pour protéger les astronautes des radiations."
Recherche de différences par rapport à la gravité et au rayonnement cosmique
Chercheurs NTNU du CIRiS, le Centre de recherche interdisciplinaire dans l'espace, ont aidé à développer des chambres de croissance, montré ici, pour tester comment les astronautes pourraient cultiver des légumes dans l'espace. Maintenant, ils ont une nouvelle mission :développer une chambre de croissance pour un type de cellule appelé organoïde pour un projet dirigé par un autre chercheur de NTNU, Tricia Larose. Crédit :Nancy Bazilchuk
Dans l'expérience sur la station spatiale, un ensemble d'organoïdes sera exposé à la fois au rayonnement cosmique et à l'apesanteur.
Un autre ensemble d'organoïdes sera placé dans une centrifugeuse pour les soumettre à une gravité similaire à celle qu'ils subissent sur Terre, ce qui signifie qu'ils ne sont exposés qu'au rayonnement cosmique.
Un troisième ensemble de cellules ne sera exposé qu'à l'apesanteur car elles seront placées dans une boîte qui les protège des rayonnements cosmiques.
« Si nous pouvons identifier la quantité de « bruit » inconnu due à la gravité, il sera également plus facile d'identifier le reste des inconnues. Peut-être que nous pouvons faire un pas de plus vers la compréhension du cancer et trouver de nouvelles façons de lutter contre la maladie, " elle dit.
Larose entreprendra plusieurs années de recherches préparatoires sur Terre avant le lancement de l'expérience sur la tumeur avec la station spatiale.
Ces résultats serviront de points de référence et de contrôles, mais ont aussi une valeur intrinsèque. Le résultat de cette recherche sera important pour les patients atteints de cancer, et en particulier en ce qui concerne les effets secondaires associés aux rayonnements.
Seule femme chercheuse principale
Le Bureau des affaires spatiales des Nations Unies et l'Agence spatiale chinoise habitée n'ont sélectionné que neuf projets parmi 42 candidats de 27 pays différents. En tant que l'un des neuf projets sélectionnés, Tumeurs dans l'espace, dirigé par Larose, est le seul projet avec une chercheuse principale.
"Nous sommes fiers de soutenir une femme scientifique pour mener ce projet, comme notre bureau se concentre également sur l'augmentation de la participation des femmes dans le secteur spatial et dans les secteurs STEM plus largement, ", a déclaré le directeur de l'UNOOSA, Di Pippo.
