太空旅行稳步增长的机会,长时间的旅行,它正变得越来越重要的理解发生了什么在微重力细胞在人体内。在太空研究细胞的行为可能产生广泛影响健康和安全的宇航员和未来的太空游客。
由苏黎世大学科学家教授奥利弗·乌尔里希和科拉希尔博士实验直接测量细胞如何应对和适应变化的重力最近在国际空间站进行。1令人惊讶的是,这些细胞适应零重力在42秒,提供希望,我们的身体可以应对太空旅行比以前认为。
了解更多关于实验,设计和开展研究的挑战这样的在太空中,我们采访了教授乌尔里希。
问:你能给我们概述你的实验室的主要研究方向?
或者:重力是一个常数因子在整个地球上生命的进化,并发挥了重要作用生物系统的体系结构和形态。因此可以认为突然变化的重力影响生物体的功能。我们正在调查,如果细胞和分子功能如何应对和适应重力变化或如果他们严格依赖于地球的引力。我们的目标是了解重力转导到细胞反应,重力是如何连接到分子和细胞内稳态和功能,最后获得一个适当的风险评估的基础数据长期的太空任务。
问:你遇到了什么挑战在设计实验来进行空间?
你:一个实验在太空永远不会原谅的错误。一个实验在太空绝不容忍任何粗心大意。一个实验在空间必须是完美的。
这需要很长时间来准备一个空间实验。首先,项目发展的想法后,初步实验和测试和项目建议书的选择在高度竞争的调用的实验中,所有的需求讨论和协调涉及空间机构和负载开发人员。许多测试跟踪检查,硬件开发和批准。在整个开发过程中,生物系统必须适应硬件变化在许多一系列测试和检查一次又一次,最后标准化和验证。总是包括冗余的过程、储备计划B和C程序,一切都在每一个细节进行测试。整个团队非常训练有素,多年来与精度和工作纪律。
大区别常规实验室实验和空间实验的大量测试、优化、标准化、物流和非凡的大型团队规模。我们的实验制备部分苏黎世大学和部分空间生命科学实验室的肯尼迪航天中心,因此,样本,化学品和硬件必须经由两大洲之间的飞机。
整个实验制备到实验本身用了超过10年,与前一阶段非常紧张的工作2年最后的“走”向实验进入太空。直接准备实验任务大约6个月前推出空间x 6国际空间站。
尽管困难,这种工作是非常有益的。我们正在进入一个全新的世界,世界的新地球重力环境不同。在微重力研究是探索和发现,进入新的世界,远远超出了界限。
问:你能告诉我们关于三重勒克斯实验吗?
欧:实验三勒克斯的生物学实验室实验室开发和执行国际空间站哥伦布首次模块,允许实时细胞功能的直接测量和轨道。我们运送哺乳动物巨噬细胞(NR8383鼠肺泡巨噬细胞)在一个超深冻结状态从苏黎世到国际空间站,解冻和恢复他们的生物学实验室在轨道和测量氧化破裂反应而接触离心机政权内部0 g和1 g的控制和步进式重力的增加或减少四个独立的实验。记录所有数据直接传输到生物学实验室地面控制经销商在科隆,德国航空航天中心的实时跟踪和分析。
问:为什么选为测量氧化破裂反应吗?
或者:一句话:因为它的理解多细胞生物的进化的重要性,因为它的临床重要性人类太空飞行,因为操作的可行性。
我们选择氧化破裂反应因为1)。它代表了一个关键的元素在先天免疫反应,抵抗微生物入侵人体最重要的障碍。2)。它代表了一种进化非常古老的免疫系统的一部分,目前从进化的早期阶段在每个类型的多细胞生物和3。)我们先前的实验表明,氧化破裂反应是抑制在微重力抛物线飞行实验,证明分析阈值水平重力敏感的适应效果在一个更复杂的国际空间站的实验。
问:为什么选择免疫细胞?你会期待同样的适应性在其他细胞类型?这些结果的更广泛的影响,这对太空旅行意味着什么?
欧:在我们的研究中,我们发现一个很惊人的超快速适应在一个哺乳动物细胞,巨噬细胞。证明的一般存在超快的适应反应,提示它出现在其他细胞的可能性。巨噬细胞是至关重要的为整个有机体。巨噬细胞不仅是重要的病原体,消除他们也需要每天数十亿凋亡细胞的间隙,因此为常数和平衡的再生和体内平衡我们的身体的细胞结构。因此,一个微小的细胞类型的适应可能会导致巨大的整个生物体有益的结果。
整个人类有机体是一个令人难以置信的复杂系统,微重力环境的反应和适应在不同层次和不同时间的课程。我们的经验是,大量的分子发生反应是惊人的快,而系统性影响肌肉骨骼系统等需要较长的反应时间。
因为重力常数在地球和生命的进化的历史,没有预设适应程序可以预期,因此细胞反应可能不如其他组织适应过程。事实上,很多在体外研究表明广泛的改变几乎在每一个细胞和分子方面的详细检查。相比之下,长期研究动物和人类是完全缺乏这种戏剧性的照片短期细胞效应,这表明一个非常有效的适应过程。我们假设人体及其细胞配备一个健壮的和有效的适应潜在挑战时低重力环境。
我们可以推测,多细胞系统越复杂,就越依赖于一定的重力的存在。地球上的重力可能代表一个高等生物的进化的基本驱动力。
问:还有什么负责的快速适应性细胞微重力吗?
欧:在我们的实验中,我们能够提供第一次细胞重力敏感的直接证据使用一个实验系统,通过实时轨道测量所有的因素除了重力是恒定的。氧化破裂反应的分子机制和适应新的重力环境仍然未知。氧化破裂的快速反应和适应反应表明在水平直接影响膜结合NADPH氧化酶复杂,这是与细胞骨架动力学密切相关,与地区张力和压缩的敏感性。关键信号蛋白可能参与这个过程。到目前为止,我们在技术上无法调查这些分子之间的相互作用和分子复合物实时国际空间站。我们的目标是调查这些动态反应live-imaging研究这项技术就成为在国际空间站在轨实验的可操作性。
问:你能告诉我们你对未来的工作计划吗?
OU:我们下一个空间站实验在德国和欧洲太空研究计划将澄清和程度的重力是否参与表观遗传基因调控和细胞功能和细胞如何适应新的形势。我们的实验将使我们能够确定microgravity-induced特定基因表达调控的每一个基因。重要的是,细胞适应微重力环境似乎包括非常复杂的细胞和分子机制的变化。它只能在动态测量学习和理解。因此在进一步的实验中我们计划按照我们概念的动态在轨监测和确定至少有一个直接的分子通路链接引力和细胞的功能。
