Última atualização: Agosto 17, 2026
Voo espacial ativa sinalização alfa da proteína quinase C e modifica o estágio de desenvolvimento de células progenitoras cardiovasculares neonatais humanas
Voo espacial afeta função cardiovascular em astronautas; no entanto, seu impacto no desenvolvimento cardíaco e nas células-tronco que formam a base do reparo cardíaco é desconhecido. De acordo, mais pesquisas são necessárias para descobrir a relevância potencial de tais mudanças para a saúde humana. Using simulated microgravity (Submetralhadora) gerado por clinorotação bidimensional e cultura a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS), avaliamos os efeitos da descarga mecânica nas células progenitoras cardiovasculares neonatais humanas (CPC) developmental properties and signaling. Following 6–7 days of SMG and 12 dias de cultura da ISS, we analyzed changes in gene expression. Ambos os ambientes induziram a expressão de genes que estão tipicamente associados a um estado anterior de desenvolvimento cardiovascular. Para entender o mecanismo pelo qual tais mudanças ocorreram, avaliamos a expressão de pequenas RhoGTPases mecanossensíveis em CPCs cultivados com SMG e observamos níveis diminuídos de RHOA e CDC42. Dado o efeito dessas moléculas nos níveis de cálcio intracelular, avaliamos mudanças na sinalização não canônica Wnt / cálcio. After 6–7 days under SMG, CPCs exibiram níveis elevados de WNT5A e PRKCA. De forma similar, CPCs cultivados em ISS exibiram níveis elevados de genes de manipulação e sinalização de cálcio, which corresponded to protein kinase C alpha (PKCα), a calcium-dependent protein kinase, ativação após 30 dias. Akt foi ativado, enquanto os níveis de quinase regulada por sinal extracelular fosforilada permaneceram inalterados. To explore the effect of calcium induction in neonatal CPCs, we activated PKCα using hWnt5a treatment on Earth. Posteriormente, early cardiovascular developmental marker levels were elevated. Transcripts induced by SMG and hWnt5a-treatment are expressed within the sinoatrial node, which may represent embryonic myocardium maintained in its primitive state. Calcium signaling is sensitive to mechanical unloading and directs CPC developmental properties. Further research both in space and on Earth may help refine the use of CPCs in stem cell-based therapies and highlight the molecular events of development.
Introdução
As humankind prepares for an expanded presence in space, the molecular effects of microgravity (MG) have increasingly become the subject of investigation. As this research has evolved, the application of MG, whether real or simulated, has been found to have potential therapeutic use here on Earth [1–3]. Por isso, efforts to characterize the biological response to reduced gravity conditions, including at a molecular level, will benefit society both in space and on Earth.
Research in our own laboratory has shown that simulated microgravity (Submetralhadora) impacts the developmental profile of human cardiovascular progenitor cells (CPCs) in an age-dependent manner [4]. Interessantemente, microarray analysis in those experiments identified small RhoGTPases and Wnt signaling as being some of the systems affected by the SMG environment in neonatal CPCs.
The effect of mechanical unloading on mouse embryonic stem cells (mESCs) has been shown to impact differentiation and stemness, with experiments by Blaber et al. [5] demonstrating that embryoid bodies retain markers of self-renewal and exhibit reduced definitive germ layer marker expression when flown in space. No entanto, in the same studies, when mechanically unloaded embryoid bodies returned to Earth, they were able to differentiate more readily into contractile cardiomyocyte colonies. De forma similar, Jha et al. [6] found that human induced pluripotent stem cells more readily differentiate into cardiomyocytes using three-dimensional culture coupled with transient, early exposure to SMG.
These separate experiments may represent a similar phenomenon in which a low gravity culture promotes an enhanced state of stemness under SMG or MG that results in increased differentiation ability when the cells are returned to normal gravity conditions. Por isso, stem cell therapies relevant to cardiac repair may be improved by manipulating the mechanisms relevant to mechanical signaling in cardiovascular progenitors. Em particular, inducing enhanced stemness in cardiovascular progenitors may facilitate a correspondingly enhanced clinical effect upon transplantation.
Alterations in mechanical sensing molecules, such as the small RhoGTPases, are believed to be involved in the molecular adaptation to MG [7,8]. Importante, these molecules are also able to impact intracellular signaling pathways, such as calcium oscillations, which subsequently can activate AKT [9] and extracellular signal-regulated kinase (ERK) [10]. In the context of cardiogenesis, these processes are critical to maintaining a balance between inductive and proliferative cues [11,12]. Portanto, a manipulação do ambiente de gravidade normal dos CPCs iniciais pode destacar mecanismos importantes pelos quais os progenitores cardíacos iniciais se desenvolvem ou se expandem. Tais insights podem ser aplicados para compreender melhor o desenvolvimento cardiovascular e melhorar os resultados das terapias regenerativas baseadas em células-tronco.
No contexto do reparo cardíaco, os primeiros ensaios clínicos desses tipos de terapias são promissores [13–15], mas são frustrados por uma falha no enxerto celular e pela controvérsia sobre o tipo de célula apropriado [16]. Portanto, a aplicação dos resultados dos experimentos de MG em experimentos baseados na Terra pode ajudar a superar as deficiências dos ensaios clínicos atuais envolvendo o uso de CPCs para reparo cardíaco.
Em um esforço para caracterizar tanto os efeitos da MG em uma população de CPCs primitivos quanto o uso potencial dessas mudanças na Terra, we cultured neonatal human CPCs using a two-dimensional clinostat and in the National Laboratory aboard the International Space Station (ISS). We sought to identify changes in the transcription of genes involved in signaling in response to SMG and MG as well as the effects of such signaling changes on stemness. We then modeled features of these molecular changes in vitro using a small molecule under normal gravity conditions. In doing so, we present components of the adaptive cellular response to MG and their implications for enhancing the regenerative potential of neonatal CPCs.
Materials and Methods
Isolation and culture of early CPCs
The Institutional Review Board of Loma Linda University approved the protocol for use of tissue that was discarded during cardiovascular surgery, without identifiable private information, for this study with a waiver of informed consent. CPCs were isolated from cardiac tissue of neonates (1 day–1 month), as previously described [17]. Briefly, atrial tissue was cut into small clumps (∼1.0 mm3) and then enzymatically digested using collagenase (Roche, Indianapolis, IN) at a working concentration of 1.0 mg/mL. The resulting solution was then passed through a 40-μm cell strainer. Cells were cloned in a 96-well plate by limiting dilution to a final concentration of 0.8 cells per well to create populations for expansion.
Então, clones were screened for the coexpression of Isl1 and c-Kit and supplemented with growth media comprising 10% fetal bovine serum (Thermo Scientific, Waltham, MA), 100 μg/mL penicillin–streptomycin (Life Technologies, Carlsbad, CA), 1.0% solução mínima de aminoácidos não essenciais, meio essencial (Life Technologies), e 22% endothelial cell growth media (Lonza, Basileia, Suíça) no Médio 199 (Life Technologies). The MycoAlert PLUS Mycoplasma Detection Kit (Lonza, Basileia, Suíça) was used to test for mycoplasma contamination
para obter mais informações entre em contato conosco por e-mail: [email protected]
Revisão de Caso Científico
Você gostaria de entender se os programas clínicos atuais, desenvolvimentos de pesquisa recentes, ou abordagens emergentes podem ser relevante para sua situação individual?
Envie sua dúvida para nossa equipe científica. A sede da NBScience no Reino Unido coordena consultas em toda a rede internacional de centros médicos, cientistas, e consultores especializados.
- Revisão das informações que você fornece
- Informações relevantes sobre pesquisas e programas clínicos
- Uma resposta clara focada na sua situação
Sem obrigação. Sua pergunta será analisada confidencialmente.
Apenas informações educacionais e de pesquisa. Este serviço não constituem aconselhamento médico, diagnóstico, prescrição, ou um personalizado recomendação de tratamento.
