Electroporation outcomes in human Jurkat cells are affected by exposure to simulated microgravity
Blootstelling aan gesimuleerde microzwaartekracht vermindert de efficiëntie van elektroporatie in humane Jurkat-cellen met ongeveer 31% door cytoskeletreorganisatie, specifiek de verdikking van het corticale actine, wat gedeeltelijk kan worden omgekeerd door F-actine te destabiliseren.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van een preprint die niet peer-reviewed is. Dit is geen medisch advies. Neem geen gezondheidsbeslissingen op basis van deze inhoud. Lees de volledige disclaimer
Stel je een toekomst voor waarin astronauten voedsel of medicijnen in de ruimte kweken zonder dat ze elke afzonderlijke ingrediënt van de Aarde hoeven mee te nemen. In plaats daarvan zouden ze een bibliotheek aan genetische instructies kunnen meevoeren en de lokale omgeving kunnen gebruiken om te bouwen wat ze nodig hebben, gewoon daar op het schip. Dit concept, bekend als in-ruimte biomanufacturing, berust op de mogelijkheid om levende cellen te nemen en ze te programmeren om specifieke eiwitten of moleculen te produceren. Om dit te doen, gebruiken wetenschappers vaak een techniek die elektroporatie wordt genoemd. Denk hierbij aan een tijdelijke, gecontroleerde opening van de buitenste huid van een cel met behulp van een korte elektrische puls. Deze opening laat nieuw genetisch materiaal naar binnen glippen, waardoor de cel een piekleine fabriek wordt. Hoewel dit goed werkt op Aarde, is de ruimte een heel andere plek. De bijna gewichtloosheid in een baan om de aarde verandert hoe cellen zich gedragen, hoe ze bewegen en hoe hun interne structuren bij elkaar blijven. Als de regels van de biologie in de ruimte verschuiven, kunnen de instrumenten die we gebruiken om die cellen te programmeren mogelijk niet meer werken zoals verwacht.
Een team van onderzoekers zette zich af om precies deze vraag te testen met behulp van menselijke immuuncellen, bekend als Jurkat-cellen. Ze wilden zien of de vreemde omstandigheden van de ruimte, of een nauwe simulatie daarvan, de mate waarin deze cellen nieuwe genetische instructies accepteren, zouden veranderen. De wetenschappers plaatsten de cellen in een speciale roterende container die ontworpen is om het gevoel van gewichtloosheid op de grond na te bootsen. Ze lieten de cellen twee uur lang in deze gesimuleerde omgeving zweven en onderwierpen ze vervolgens aan de elektrische pulsen die worden gebruikt voor elektroporatie. De resultaten waren duidelijk en consistent: de cellen die in de gesimuleerde gewichtloosheid hadden gezwaveld, waren veel moeilijker te programmeren. Wanneer de onderzoekers probeerden een kleine lichtgevende kleurstof in de cellen te duwen, absorbeerden de gewichtloze cellen ongeveer twintig procent minder van deze kleurstof dan de cellen die in normale zwaartekracht bleven. Wanneer ze een stuk DNA probeerden in te brengen om de cellen groen te laten oplichten, daalde het succespercentage met een derde (31 procent). Cruciaal was dat de cellen niet stierven; ze weigerden simpelweg het nieuwe materiaal net zo gemakkelijk binnen te laten als hun aardse tegenhangers.
Om te begrijpen waarom dit gebeurde, keken de onderzoekers in de cellen naar hun interne steunstructuur. Cellen zijn niet alleen zakken met vloeistof; ze hebben een raamwerk gemaakt van eiwitvezels genaamd actine, dat hen vorm en kracht geeft. In normale zwaartekracht zijn deze vezels op een bepaalde manier gerangschikt. Maar na slechts twee uur in de gesimuleerde gewichtloosheid hadden de cellen veranderd. Ze hadden zich uitgespreid, waardoor ze groter en platter werden, en de laag actinevezels direct onder hun buitenste huid was merkbaar dikker geworden. Het was alsof de cellen een dichtere, stevigere muur om zichzelf heen hadden gebouwd als reactie op het gebrek aan zwaartekracht. Deze verdikte muur leek de barrière te zijn die de elektrische pulsen ervan weerhield hun werk effectief te doen.
Het team testte vervolgens of ze dit effect konden omkeren door medicijnen te gebruiken om de actinevezels direct te manipuleren. Wanneer ze de cellen behandelden met een stof die de actinevezels stimuleerde om zich op te bouwen en te verdikken, gedroegen de cellen zich exact als de cellen uit de gewichtloosheidssimulatie: ze werden moeilijker te programmeren. Omgekeerd, wanneer ze een andere drug gebruikten om de actinevezels af te breken terwijl de cellen zich in de gesimuleerde gewichtloosheid bevonden, werden de cellen weer iets gemakkelijker te programmeren, hoewel de verbetering klein was en niet statistisch perfect. Dit bevestigde dat de reorganisatie van het interne skelet van de cel de primaire reden was waarom de elektrische pulsen minder effectief waren. De cellen hadden zich aangepast aan hun omgeving door hun structuur te versterken, en die versterking blokkeerde toevallig precies het proces dat de wetenschappers wilden gebruiken.
Deze bevindingen suggeren dat het succes van toekomstige productie in de ruimte zal afhangen van het begrijpen van hoe cellen fysiek adapteren aan gewichtloosheid. De onderzoekers ontdekten dat hoewel de cellen gezond en levend bleven, hun vermogen om nieuwe genetische instructies te accepteren aanzienlijk werd gehinderd door de veranderingen in hun interne structuur. De studie vond niet dat de cellen veerkrachtiger werden tegen de elektrische schokken, zoals eerder werk met gist suggereerde; in plaats daarvan werden ze simpelweg resistenter tegen het doorlaten van nieuw materiaal. De wetenschappers merkten op dat hun simulatie op de grond geen perfecte kopie van de ruimte was, omdat het niet alle vloeistofbewegingen kon elimineren of kosmische straling kon meenemen in de rekening, maar de resultaten waren sterk genoeg om een duidelijk patroon aan te tonen. Het werk benadrukt dat naarmate we kijken naar het bouwen van fabrieken in een baan om de aarde, we rekening moeten houden met het feit dat de levende machines die we gebruiken, van vorm en kracht veranderen op het moment dat ze de Aarde verlaten, en die veranderingen zullen een directe impact hebben op hoe we hen kunnen controleren.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.