Na kampusie GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung oraz powstającego tam międzynarodowego centrum akceleratorowego FAIR ruszyły już szczegółowe przygotowania do realizacji eksperymentu „HippoBox”. Pierwszy ważny etap został zrealizowany – dostarczono specjalnie zaprojektowaną aparaturę badawczą. Aktualnie trwają liczne testy wstępne, m.in. w celu oceny przydatności planowanych materiałów.
Projekt prowadzi dr Insa Schroeder z zespołem z działu biofizyki GSI, kierowanego przez prof. Marco Durante. W przedsięwzięcie zaangażowani są także eksperci z Instytutu Medycyny Lotniczej i Kosmicznej DLR (dr Christian Liemersdorf) oraz Wyższej Szkoły Zawodowej w Kolonii (prof. Sherif El Sheikh). Wsparcie techniczne i operacyjne zapewnia start-up Yuri.
– Bardzo cieszymy się z pozytywnej decyzji DLR i jesteśmy dumni, że dzięki HippoBox możemy wnieść wkład w badania medycyny kosmicznej. Możliwość badania ludzkich organoidów mózgowych w warunkach mikrograwitacji na orbicie otwiera obiecujące perspektywy dla ochrony zdrowia podczas długotrwałych misji. Kluczowe jest precyzyjne zrozumienie mechanizmów i potencjalnych zmian neuroplastycznych w hipokampie astronautów, które mogłyby stanowić istotną barierę dla misji długoterminowych – podkreśla dr Insa Schroeder.
Cele eksperymentu
Badacze chcą odpowiedzieć na pytania:
- Czy struktury i funkcje neuronalne ulegają zmianie w warunkach mikrograwitacji?
- Jak przeciwdziałać ewentualnym reorganizacjom sieci neuronowych w mózgu?
Wyniki mogą istotnie wpłynąć na strategie ochrony zdrowia poznawczego astronautów, a także przynieść nowe dane dotyczące depresji i demencji na Ziemi.
Zespół dr Schroeder pracuje obecnie nad miniaturowym inkubatorem mieszczącym się w dłoni, który będzie pełnił funkcję „laboratorium w miniaturze” i zapewni utrzymanie organoidów podczas badań. Moduł będzie pracować w warunkach rzeczywistej mikrograwitacji na pokładzie ISS przez 14 dni – znacznie dłużej niż podczas lotów parabolicznych czy krótkich misji rakietowych, które zapewniają jedynie sekundy lub minuty nieważkości.
Dlaczego hipokamp?
Hipokamp jest kluczową strukturą mózgu, integrującą informacje z różnych systemów sensorycznych i odpowiadającą m.in. za pamięć, uczenie się oraz koordynację ruchową. Dla astronautów ma to szczególne znaczenie – muszą podejmować szybkie i racjonalne decyzje, utrzymując wysoką sprawność motoryczną. Istnieją jednak przesłanki, że w mikrograwitacji komórki nerwowe mogą oddalać się od siebie, zmniejszając liczbę synaps i osłabiając sieć neuronalną, podobnie jak w chorobach neurodegeneracyjnych czy depresji.
Przygotowywane w GSI/FAIR organoidy hipokampu mają pomóc ustalić, jak działają neuroprotekcyjne substancje wspierające rozwój synaps i przekazywanie neurotransmiterów. Organoidy, odtwarzając strukturę i funkcję ludzkiego mózgu, pozwalają uzyskać wstępne wyniki jeszcze przed badaniami na zwierzętach i w klinice.
Organoidy w badaniach
Zespół wykorzystuje organoidy mózgowe hodowane in vitro z ludzkich komórek macierzystych. Choć nie są to w pełni wykształcone organy, ich podobieństwo strukturalne i funkcjonalne do mózgu umożliwia szczegółowe badania reakcji tkanki na mikrograwitację czy promieniowanie jonizujące. Ta metoda otwiera nowe możliwości dla badań podstawowych i rozwoju terapii chorób neurologicznych.
Program Cellbox
Program Cellbox został uruchomiony w 2011 roku przez Niemiecką Agencję Kosmiczną w DLR. Umożliwia on badania wpływu warunków kosmicznych na komórki, tkanki i organoidy, prowadzone w miniaturowych modułach wielkości smartfona, pracujących w mikrograwitacji lub symulowanej grawitacji 1g. Misje trwają od kilku dni do kilku tygodni.
Kolejne eksperymenty – Cellbox-4 i Cellbox-5 – zaplanowano na 2026 rok. W ramach kilku tygodni lotu orbitalnego osiem zespołów z niemieckich uczelni przeprowadzi badania z zakresu biologii grawitacyjnej, fizjologii, biologii molekularnej i biomedycyny. Projekty są finansowane przez Federalne Ministerstwo Gospodarki (BMWK) i realizowane przez DLR.
Źródło: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
