Des chercheurs étudient comment le système immunitaire se détériore lors d'un voyage dans l'espace et les implications sur le vieillissement humain sur Terre

Depuis que les humains voyagent dans l’espace, les astronautes subissent des effets importants sur leur santé en raison des conditions extrêmes des vols spatiaux, notamment la réduction de la gravité.

Deux scientifiques de Buck ont ​​dirigé une équipe qui a révélé pour la première fois comment le manque de gravité affecte les cellules du système immunitaire à une résolution unicellulaire. Les co-auteurs principaux, ainsi que Christopher E. Mason, Ph.D. du Weill Cornell Medical College, professeur agrégé David Furman, Ph.D. et le professeur agrégé Daniel Winer, MD, ont publié une étude approfondie sur la manière dont la gravité affecte les cellules immunitaires et sur l'identification de « nutraceutiques spatiaux » pour contrer les effets aberrants de la microgravité sur ces cellules. L'ouvrage est publié dans Communications naturelles

“Nous montrons comment la microgravité simulée façonne les cellules immunitaires et comment les changements de force modifient la fonction des cellules au niveau de chaque cellule”, a déclaré Winer. “Ce niveau de résolution est nouveau et passionnant pour comprendre les effets de la microgravité sur les cellules.”

En utilisant des cellules en microgravité simulée, combinées aux données des vols spatiaux des astronautes et des souris de la Station spatiale internationale, les chercheurs ont créé une image complète de la façon dont les différentes cellules du système immunitaire dans le sang périphérique sont façonnées par la gravité réduite. Ces cellules comprennent les lymphocytes et les monocytes, qui sont les principaux acteurs de l’immunité.

L’étude a des implications potentielles sur le vieillissement immunitaire sur Terre puisque les changements observés au cours du vieillissement ressemblent à ceux capturés lors des voyages dans l’espace.

L’équipe décrit en outre une voie permettant d’identifier des composés capables d’inverser les effets de l’apesanteur et démontre que l’un de ces composés, la quercétine, semble prometteur pour atténuer les dommages causés par les vols spatiaux et lors du vieillissement normal au sol.

“Notre travail fournit une ressource pour mieux comprendre comment et pourquoi le système immunitaire change lors de simulations de microgravité et de vols spatiaux”, a déclaré Furman. “Nous fournissons également un moyen de développer des contre-mesures pour maintenir une immunité normale dans ces conditions difficiles.”

Les astronautes en orbite terrestre basse, comme sur la Station spatiale internationale, souffrent de problèmes du système immunitaire, notamment d'infections, de réactivation de virus latents et de sensibilité cutanée. Ces réactions se produisent même lors de vols spatiaux de courte durée.

Des études antérieures utilisant des conditions de microgravité réelles ou simulées ont révélé une altération du fonctionnement de diverses cellules immunitaires. Cependant, les mécanismes fondamentaux, les gènes et les voies qui expliquent le dysfonctionnement immunitaire en microgravité étaient pour la plupart flous, ont indiqué les chercheurs. Ils voulaient comprendre ce qui se passait au niveau cellulaire pour expliquer les changements.

L'équipe, dirigée par les co-premiers auteurs de l'étude, chercheur postdoctoral Buck Fei Wu, Ph.D. et l'étudiant diplômé Huixun Du, ont examiné en profondeur comment 25 heures de microgravité simulée affectent le système immunitaire mononucléaire du sang périphérique humain, en utilisant des échantillons provenant de 27 donneurs humains en bonne santé âgés de 20 à 46 ans.

Pour simuler un environnement presque sans gravité, l'équipe a fait croître les cellules à l'intérieur d'un vaisseau à paroi rotative, un dispositif développé par la NASA pour simuler les conditions de microgravité.

Pour explorer les changements provoqués par la gravité réduite, l’équipe a utilisé un certain nombre de techniques, notamment le séquençage et la microscopie à super-résolution.

Ils ont ensuite validé leurs résultats en comparant leurs données avec d'autres études spatiales réalisées sur des humains et des souris, notamment la mission JAXA (Cell-Free Epigenome Study), la mission Inspiration 4 de SpaceX, l'étude Twins de la NASA et la rate de souris hébergées sur la Station spatiale internationale. .

“Il est intéressant de noter que les changements dans les forces mécaniques semblent orchestrer le fonctionnement des cellules immunitaires”, a déclaré Winer, dont l'intérêt pour l'étude de la médecine spatiale est né de ses recherches sur le domaine émergent de la mécanoimmunologie, ou sur la manière dont les forces environnementales affectent le fonctionnement des cellules immunitaires. Certaines parties de l'astroimmunologie sont liées à la mécano-immunologie, mais elle s'avère être un nouveau domaine, a-t-il déclaré, ouvrant la voie à une meilleure compréhension de la manière d'aider le système immunitaire à survivre dans l'espace.

Après avoir découvert plusieurs gènes et voies biochimiques affectés par la microgravité, l’équipe a voulu voir si elle pouvait trouver des médicaments ou des suppléments spécifiques susceptibles de protéger les cellules immunitaires. Pour les aider dans leurs recherches, ils ont utilisé une technologie d’apprentissage automatique développée par Furman chez Buck, capable de détecter plus de 2 millions d’interactions entre les gènes et différents médicaments et aliments.

Ils ont identifié des dizaines de composés potentiels et en ont choisi un, le pigment végétal quercétine (souvent présent dans les oignons rouges, les raisins, les baies, les pommes et les agrumes, entre autres), à explorer plus en profondeur car il est largement disponible comme supplément antioxydant et anti-âge. La quercétine s'est avérée inverser environ 70 pour cent des changements causés par le manque de gravité et protéger les cellules de l'excès d'espèces réactives de l'oxygène.

“Ces résultats définissent les caractéristiques de l'altération des cellules immunitaires en microgravité simulée, avec une corrélation avec les expositions aux vols spatiaux chez la souris et l'homme”, a déclaré Winer.

“Ce travail aide à définir des pistes de recherche future en mécano-immunologie et en astroimmunologie et offre des opportunités pour développer des contre-mesures pour maintenir une fonction cellulaire normale dans l'espace.”

Furman ajoute que cette publication établit la norme en matière d'analyse des changements physiologiques qui accompagnent les voyages dans l'espace. “Il s'agit de la première étude approfondie qui fournit à la communauté scientifique mondiale un atlas permettant de comprendre la biologie humaine dans ces conditions extrêmes”, a-t-il déclaré.

“Les implications sont énormes, au-delà des humains dans l'espace”, ajoute-t-il. Les chercheurs sont ravis d’explorer sur le terrain les changements parallèles qu’ils découvrent chez les humains vieillissants et d’utiliser leurs connaissances pour concevoir des interventions susceptibles d’inverser le dysfonctionnement immunitaire qui accompagne le vieillissement.