Lorsque l'astronaute de la NASA Jessica Meir a récemment glissé ses mains dans la boîte à gants des sciences de la vie de la Station spatiale internationale pour mener une nouvelle enquête sur les tissus cardiaques, elle a bouclé la boucle d'une longue collaboration scientifique.

Avant que Meir ne devienne astronaute en 2013 et ne s'envole pour la station spatiale en juillet 2019, elle avait une vaste expérience de la recherche biologique. En 1999, au cours de sa dernière année de premier cycle à l'Université Brown, elle s'est connectée avec un doctorat. étudiant Peter Lee. Meir et Lee travaillaient dans le même laboratoire, et Lee a sélectionné Meir pour une équipe qui a étudié la suture en microgravité dans le cadre de ce qui était les opportunités de vol pour étudiants en gravité réduite de la NASA, maintenant Université de microgravité. Diplômé du programme de maîtrise de l'Université internationale de l'espace alors relativement nouvelle en France, il a encouragé Meir à y assister également; elle y a obtenu une maîtrise avant d'obtenir un doctorat à la Scripps Institution of Oceanography (UCSD).

Maintenant, Meir travaille à nouveau avec Lee, cette fois depuis l'espace. Actuellement professeur adjoint de chirurgie dans la division cardiaque de l'Ohio State University Wexner Medical Center, Lee est co-investigateur de l'expérience Engineered Heart Tissues que Meir a menée dans la boîte à gants à bord de la station.

"Peter a joué un rôle déterminant dans la réalisation de mon rêve de devenir astronaute, " dit Meir. "Il m'a ouvert les yeux et m'a facilité la participation à des opportunités liées à l'espace qui, autrement, m'auraient complètement échappé. Réaliser cette expérience sur la station spatiale est extrêmement enrichissant, non seulement parce que je contribue à une science de premier ordre, mais aussi parce que j'ai l'impression de redonner quelque chose à Peter."

L'enquête porte sur le fonctionnement du tissu cardiaque humain dans l'espace. Il utilise des tissus 3-D uniques fabriqués à partir de cellules cardiaques appelées cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites par l'homme (hiPSC), essentiellement des cellules souches adultes. Les tissus cardiaques modifiés, ou EHT, sont des structures 3-D complexes, chacun de la taille de quelques grains de riz. Ces structures ressemblent davantage aux tissus du corps que les cultures cellulaires plates dans une boîte de Pétri ou celles flottant dans un flacon de liquide.

Les chercheurs s'attendent à des différences significatives dans la fonction, structure, et l'expression des gènes entre les EHT en microgravité et ceux au sol. Comprendre ces différences pourrait les aider à trouver des moyens de prévenir ou d'atténuer les changements problématiques lors de futures missions de longue durée.

"Nous savons que la microgravité et les vols spatiaux en général ont des impacts sur à peu près tous les systèmes du corps, et le système cardiovasculaire ne fait pas exception, " dit Lee. " Nous ne savons pas ce qui se passe au niveau des tissus, bien que, et il est difficile de maintenir les cellules en culture assez longtemps pour faire des études à long terme. Le tissu modifié nous permet d'étudier les effets à long terme."

Cette enquête utilise un nouveau type de capteur qui utilise des aimants pour enregistrer facilement les contractions musculaires et mesure le taux et la quantité de force que les tissus musculaires génèrent en temps réel. Traditionnellement, prendre de telles mesures a été difficile, dit Lee.

"La méthode traditionnelle est avec un capteur de force, un dispositif mécanique qui mesure la force lorsque vous poussez ou tirez dessus, comme lorsque vous vous tenez sur une balance. » Les EHT dans cette enquête se forment autour de poteaux flexibles avec de minuscules aimants à l'une de leurs extrémités. Lorsque le tissu musculaire se contracte, les postes bougent, changer le champ magnétique entre les poteaux et l'aimant externe. Sur la base de ce changement, le capteur calcule le mouvement du poteau et la force générée par le muscle.

"Un autre avantage de l'enquête est que nous avons dû miniaturiser et automatiser autant que possible la technologie pour l'envoyer dans l'espace, " Lee dit. " Maintenant, nous avons un très avancé, une technologie plus efficace et plus rentable pour une utilisation sur Terre."

Avant la fabrication des protéines, les cellules fabriquent de l'ARN, qui agit comme un messager pour transporter des instructions de l'ADN pour contrôler le processus de fabrication des protéines. Au cours de l'enquête, les membres d'équipage préservent certains des EHT afin que les chercheurs puissent mesurer l'ARN qu'ils synthétisent.

"Nous pouvons analyser et regarder la quantité d'ARN produite pour des milliers de gènes à ce moment-là, qui nous dit quels gènes sont activés ou désactivés et à quels niveaux ils sont exprimés, " explique Lee. Les chercheurs ramèneront également certains EHT sur Terre pour voir s'ils se remettent des changements observés en microgravité.

Le chercheur principal de l'étude est Deok-Ho Kim de l'Université Johns Hopkins, Baltimore, et le projet comprend d'autres co-chercheurs de l'Université de Washington. Les National Institutes of Health (NIH) ont financé cette recherche dans le cadre de l'initiative Tissue Chips in Space, et c'est l'un des neuf projets d'initiative du portefeuille du laboratoire national américain de l'ISS. EHT s'appuie sur les recherches antérieures du laboratoire national de l'ISS par Joseph Wu, Lee, et Arun Sharma.

En aidant les scientifiques à comprendre les mécanismes de réaction des cellules cardiaques 3-D à la microgravité, cette recherche pourrait aider les patients atteints de maladies cardiaques sur Terre et éventuellement offrir des indices sur la façon de protéger les astronautes lors de leur voyage vers Mars et retour.

« D'un point de vue personnel, il met en évidence la valeur de la collaboration et du mentorat, " dit Meir. " C'est tellement merveilleux de boucler la boucle entre nous deux travaillant ensemble il y a plus de 20 ans avec le rêve commun de voler dans l'espace et de travailler ensemble sur l'expérience de Peter sur la station spatiale. Lorsque vous tendez la main et donnez ce que vous pouvez pour encourager quelqu'un et favoriser ses rêves, vos efforts peuvent être exactement ce qu'il faut pour transformer ces rêves en réalité."