Badania nad walką z rakiem przekroczyła już granice ziemi. Medycyna odkrywa nowe perspektywy terapii onkologicznych dzięki badaniom na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) czyli ponad 400 kilometrów nad naszą planetą. Działa tam laboratorium, w którym naukowcy mogą obserwować, jak mikrograwitacja wpływa na różne aspekty zachowania komórek.
Przy braku ziemskiej grawitacji komórki nowotworowe zachowują się inaczej. Grupują się w trójwymiarowe sferoidy (inaczej: sferoidy komórkowe 3D), które tym sposobem lepiej naśladują rzeczywiste zachowanie nowotworów w organizmie człowieka. Komórki nowotworowe przechodzą transformacje w swojej morfologii, różnicowaniu, adhezji i cyklach śmierci komórkowej, tworząc trójwymiarowe struktury, które bardziej przypominają prawdziwe guzy.
Jak zauważył Bill Nelson, szef amerykańskiej agencji NASA – „Wyruszamy w kosmos nie tylko po to, by eksplorować niebo, ale także po to, by poprawić życie na Ziemi, w tym także walczyć z rakiem”. Badania nad rakiem do tej pory opierają się na systemach modeli komórkowych, wykorzystywanych, aby zrozumieć wzrost i progresję guza. Tradycyjne hodowle monowarstwowe są szeroko stosowane w tym zakresie ze względu na ich zdolność do generowania jednorodnego i dobrze kontrolowanego środowiska komórkowego oraz łatwość analizy mikroskopowej. Jednak hodowle 2D nie są w stanie odtworzyć mikrośrodowiska komórek in vivo, w związku z czym większość testów przesiewowych leków przeprowadzanych na komórkach monowarstwowych 2D jest niewystarczająca po przeniesieniu do modeli zwierzęcych lub ludzkich. Zatem potencjał badań w kosmosie jest niezwykle obiecujący. Modele trójwymiarowe opracowane w warunkach mikrograwitacji zapewniają wierniejsze odwzorowanie zachowania się nowotworów in vivo niż tradycyjne hodowle dwuwymiarowe, przyspieszając odkrywanie leków i zmniejszając konieczność przeprowadzania testów na zwierzętach. Ponadto analiza egzosomów i pęcherzyków zewnątrzkomórkowych wydzielanych przez komórki nowotworowe może pomóc w zidentyfikowaniu nowych biomarkerów do wczesnego wykrywania.
Projekt D(MG)², prowadzony przez profesora Chrisa Jonesa z Instytutu Badań nad Rakiem w Londynie, bada trójwymiarowe rozprzestrzenianie się komórek nowotworowych na Stacji Kosmicznej. Prof. Chris Jones mówi – „Niestety, wskaźniki przeżywalności pacjentów z rozlanym glejakiem linii środkowej nie zmieniły się znacząco od czasu śmierci córki Neila Armstronga na tę chorobę na początku lat 60-tych. Ostatnie 15 lat zrewolucjonizowało jednak naszą wiedzę na temat biologicznej złożoności tych nowotworów, a nowe, obiecujące terapie w końcu wchodzą w fazę badań klinicznych. Eksperymenty takie jak D(MG)2 na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pogłębią naszą wiedzę na temat interakcji komórek nowotworowych ze sobą w strukturach trójwymiarowych i miejmy nadzieję, doprowadzą do nowych pomysłów na hamowanie wzrostu guza, które będziemy mogli wykorzystać w laboratorium”.
Przestrzenna reorganizacja to nie tylko naukowa ciekawostka. Mikrograwitacja modyfikuje również ekspresję genów komórek nowotworowych, zmienia ich cykle życiowe i umożliwia obserwację w czasie rzeczywistym kluczowych procesów, takich jak angiogeneza i przerzuty. Tak jest w przypadku eksperymentów przeprowadzonych na komórkach raka tarczycy, piersi i płuc, których zmiany strukturalne i molekularne zostały zarejestrowane z dużą precyzją na ISS. Wykorzystując laboratorium na ISS, dr Cassian Yee z MD Anderson Cancer Center bada wpływ mikrograwitacji na limfocyty T, aby opracować ulepszone opcje immunoterapii. Z kolei dr Catriona Jamieson wykorzystuje organoidy nowotworowe do badania przyspieszonego rozwoju nowotworów w kosmosie.
Poza badaniem komórek, warunki na stacji kosmicznej umożliwiają m.in. przeprojektowanie sposobu wytwarzania i podawania leków. W warunkach ziemskich krystalizacja białek w celu tworzenia leków jest trudnym i losowym procesem. Jednak w warunkach mikrograwitacji białka te krystalizują jednorodnie, co pozwala na wytwarzanie leków o większym stężeniu, stabilności i łatwości podawania. Otwiera to drogę do nowej generacji chemioterapii i immunoterapii, które można by podawać przede wszystkim bardziej precyzyjnie i za pomocą iniekcji podskórnych – znacznie mniej inwazyjnych niż obecne wlewy dożylne. Firmy takie jak Merck (MSD) i czy startup BioOrbit już teraz inwestują znaczne środki w takie rozwiązania.
Postępy w odkryciach napotykają na poważne wyzwania: możliwości badań kosmicznych są kosztowne, jak również ograniczone, bo łączone oddziaływanie promieniowania i mikrograwitacji komplikuje interpretację wyników, a dokładna identyfikacja mechanizmów komórkowych reagujących na zmiany grawitacyjne pozostaje nierozwiązaną zagadką.
