Effekt av mikrogravitation på samverkan mellan stamceller från nervsystemet och insulinproducerande betaceller
Tyngdlöshet (mikrogravitation) leder till stressrelaterade förändringar i organismer och celler, men kan också ha fördelaktiga effekter på cellnivå, som kan vara relevanta för medicinska tillämpningar såväl i rymdmiljö som på jorden. Vi har visat att en viss typ av nervstamceller, när de är i kontakt med insulinproducerande betaceller, stimulerar deras nybildning (proliferation). Betaceller förökar sig vanligtvis inte, vilket innebär att en förlust av betaceller, den underliggande processen vid typ 1 diabetes, inte repareras ”spontant”. I våra tidigare studier av hur nervstamceller påverkas av mikrogravitation skickades sådana upp med sondraket från Esrange, Kiruna. Undersökning av cellerna efter rymdfärden visade på en anmärkningsvärd ökning av deras proliferation och en ökad aktivitet av gener som deltar i cellnybildning och cellöverlevnad. Dessa resultat ledde oss till att undersöka om mikrogravitation också kan stimulera proliferation av betaceller. Om så är fallet öppnas nya infallsvinklar på hur nybildning av betaceller kan åstadkommas. I nya experiment med sondraket monterades pankreasöar (som innehåller betaceller) från mus, humana betaceller (från en cellinje), ensamma eller i kombination med nervstamceller, i specialdesignad kassett för att utsättas för mikrogravitation. Kontrollprover placerades ombord i en centrifug som alstrade jordgravitation. Resultaten visar att mikrogravitation kan stimulera proliferation av betaceller och, till vår överraskning, att denna effekt kan komma med en viss fördröjning. I nyligen genomförda experiment transporterades nervstamceller med den svenska astronauten Marcus Wandt till internationella rymdstationen (ISS) och därefter åter till jorden. Nervstamcellerna odlades under detta experiment utan byte av näringsvätska och syretillförsel under en tidsperiod som med flera dagar översteg deras förväntade överlevnad. Efter cellernas återkomst till jorden, då tillförsel av fräsch näringsvätska och odling i syrerik miljö kunde ske, har dessa celler visat sig överleva och nybildas i större omfattning än celler i kontrollodling på marken. I föreliggande projektet analyseras i detalj de molekylära och fysiologiska egenskaper som kännetecknar de nervstamceller som varit i rymden en betydande tidsrymd under nämnda, synnerligen svåra förhållanden. Kunskaperna från dessa analyser kan ha betydelse för vistelse i rymden, samtidigt som de ger oss anledning att också studera hur mikrogravitation skulle kunna utnyttjas för medicinska ändamål på jorden. I föreliggande projekt avser vi därför att studera hur nervstamceller och betaceller påverkas av sk simulerad mikrogravitation. Sådan kan åstadkommas i laboratoriet med hjälp av utrustning där celler eller vävnad snabbt roteras i olika riktningar, till exempel med ”Random Positioning Machine (RPM)”. I föreliggande projekt avser vi att utnyttja RPM för att (i) bestämma om effekterna av mikrogravitation beror på förändringar av betacellernas inneboende egenskaper, av ämnen som utsöndrats till odlingsvätskan under mikrogravitation, eller en kombination av dessa förhållanden, samt (ii) klargöra mekanismer för omedelbara respektive fördröjda effekter hos betaceller i pankreasöar, ensamma och i kombination med nervstamceller. Våra försök med sondraket och ISS har visat att 3D bioprinting har en skyddande effekt på nervstamceller respektive pankreasöar som utsätts för mikrogravitation, varför vi i stor utsträckning avser att använda 3D bioprintade prover i RPM studierna. Vi analyserar cellernas genaktivitet och dess reglering, deras ämnesomsättning och frisättning av biologiskt aktiva ämnen till odlingsvätskorna, samt deras fysiologiska egenskaper med avseende på bland annat stresstålighet. Baserat på resultaten planerar vi att avsluta projektet med ett skapa ett miniorgan (organoid) med insulinproducerande betaceller, ensamma eller i kombination med nervstamceller, och i framtida försöka implantera sådana miniorgan till en djurmodell av typ 1 diabetes.