L’ultime frontière de la science : Organoïdes neurologiques et agriculture spatiale

ISS vu depuis le SpaceX Crew Dragon Endeavour

La Station Spatiale Internationale est photographiée depuis le SpaceX Crew Dragon Endeavour lors d’un tour d’observation du laboratoire en orbite qui a eu lieu après son désamarrage du port face à l’espace sur le module Harmony le 8 novembre 2021. Crédit : NASA

Les astronautes de l’Expédition 71 exploreront les réponses neurologiques, botaniques et physiologiques à l’espace, contribuant ainsi à des voyages spatiaux plus sûrs et à des systèmes de support de vie durables.

Les études sur les organoïdes neurologiques, la croissance des plantes et les changements dans les fluides corporels font partie des investigations scientifiques menées par les astronautes de la NASA, Matthew Dominick, Michael Barratt, Jeanette Epps et Tracy C. Dyson à bord de la Station Spatiale Internationale dans le cadre de l’Expédition 71. Barratt rejoint un groupe d’astronautes participant à une série d’expériences, le Complement of Integrated Protocols for Human Exploration Research ou CIPHER, qui aide les scientifiques à comprendre comment les durées prolongées dans l’espace affectent le corps humain. L’équipage a décollé le 3 mars et accostera à la station le 5 mars.

Voici quelques détails sur le travail prévu lors de cette prochaine expédition à bord du laboratoire en microgravité :

Organoïdes cérébraux cosmiques

Les cellules d’organoïdes cérébraux de l’étude Cosmic Brain Organoids sont constituées de cellules de personnes atteintes de la maladie de Parkinson et de la sclérose en plaques progressive primaire. Crédit : Institut de Recherche sur les Cellules Souches de New York

Modélisation de la neuroinflammation

Les modèles d’organoïdes cérébraux humains pour les maladies neurodégénératives et la découverte de médicaments (HBOND) étudient les mécanismes derrière la neuroinflammation, une caractéristique commune des troubles neurodégénératifs.

Les chercheurs créent des organoïdes en utilisant des iPSC (cellules souches pluripotentes induites) dérivées de patients atteints de la maladie de Parkinson et de la sclérose en plaques progressive primaire. La sixième étude d’organoïdes de la station spatiale financée par la National Stem Cell Foundation, HBOND inclut pour la première fois des iPSC de la maladie d’Alzheimer et des tests des effets de médicaments en développement pour traiter la neuroinflammation.

Les résultats pourraient aider à améliorer les diagnostics, fournir des informations sur les effets du vieillissement, accélérer la découverte de médicaments et identifier des cibles thérapeutiques pour les patients souffrant de maladies neurodégénératives. Les modèles d’organoïdes pourraient également fournir une manière d’anticiper comment les vols spatiaux prolongés affectent le cerveau et soutenir le développement de contre-mesures.

Matériel de l'Unité d'expérimentation des plantes (PEU)

Cette image montre le matériel de l’Unité d’expérimentation des plantes (PEU) pour l’investigation Plant UV-B. Crédits : NASA

Protection des plantes contre les stress du vol spatial

Les plantes peuvent servir de source de nourriture et fournir d’autres services de support de vie lors de missions à long terme vers la Lune et Mars. L’étude sur les Réponses des Plantes contre les Stress de la Microgravité et du Rayonnement Ultraviolet Elevé dans l’Espace (Plant UV-B) examine comment le stress de la microgravité, du rayonnement UV et de la combinaison des deux affectent les plantes aux niveaux moléculaire, cellulaire et de tout l’organisme. Les résultats pourraient accroître la compréhension de la croissance des plantes dans l’espace et soutenir les améliorations dans les technologies de culture des plantes pour les futures missions.

Investigation du brassard de cuisse

Un sujet de test porte le dispositif pour l’investigation du brassard de cuisse avant le vol. Crédit : NASA

Inversion des changements de fluides

La micropesanteur entraîne un déplacement des fluides dans le corps vers la tête, ce qui peut provoquer des modifications de la structure de l’œil et de la vision connues sous le nom de Syndrome Neuro-oculaire Associé aux Vols Spatiaux (SANS) ainsi que d’autres problèmes de santé. L’investigation Mitigating Headward Fluid Shifts with Veno-constrictive Thigh Cuffs During Spaceflight (Thigh Cuff) examine si des brassards de pression sur la cuisse pourraient fournir un moyen simple de contrer ce déplacement des fluides corporels et aider à protéger les astronautes contre le SANS et d’autres problèmes lors de futures missions vers la Lune et Mars.

Les brassards de cuisse pourraient également aider à traiter ou à prévenir les problèmes chez les patients sur Terre qui ont des conditions provoquant une accumulation de fluides dans la tête, comme un repos au lit prolongé et des maladies.

Arthrospira-B

Le conteneur sur la station spatiale pour Arthrospira-B, une investigation précédente à Art-C. Crédit : NASA

Algue comestible incroyable

Arthrospira-C (Art-C), une investigation de l’ESA (Agence Spatiale Européenne) analyse comment la cyanobactérie Limnospira répond aux conditions de vol spatial et si elle produit la même quantité et qualité d’oxygène et de biomasse dans l’espace que sur Terre. Ces microalgues, également connues sous le nom de Spiruline, pourraient être utilisées pour éliminer le dioxyde de carbone exhalé par les astronautes, qui peut devenir toxique dans un vaisseau spatial clos, et pour produire de l’oxygène et de la nourriture fraîche dans le cadre des systèmes de support de vie pour les futures missions.

Les prévisions correctes des rendements en oxygène et en biomasse sont cruciales pour la conception de systèmes de support de vie utilisant des bioprocédés. La Spiruline a également montré des propriétés radioprotectrices et sa consommation pourrait aider à protéger les voyageurs spatiaux contre les radiations cosmiques, ainsi qu’à conserver les tissus sains chez les patients subissant un traitement par rayonnement sur Terre.