Gravitasi bisa menjadi sangat merugikan saat Anda mencoba menumbuhkan organ.
Itulah mengapa eksperimen di luar angkasa sangat berharga. Mereka telah mengungkapkan perspektif baru ke dalam ilmu biologi, termasuk wawasan tentang pembuatan jaringan manusia.
Gravitasi memengaruhi perilaku seluler dengan memengaruhi cara protein dan gen berinteraksi di dalam sel, menciptakan jaringan yang terpolarisasi, langkah fundamental untuk perkembangan organ alami. Sayangnya, gravitasi menghambat kita saat kita mencoba mereproduksi jaringan tiga dimensi yang kompleks di laboratorium untuk transplantasi medis. Ini menyulitkan, karena keterbatasan intrinsik bio-reaktor yang digunakan di Bumi.
Saya seorang ahli biologi sel punca dan tertarik pada kesehatan otak dan evolusi. Laboratorium saya mempelajari bagaimana otak manusia terbentuk di dalam rahim dan bagaimana perubahan dalam proses ini mungkin memiliki konsekuensi seumur hidup terhadap perilaku manusia, seperti autisme atau skizofrenia. Bagian dari pekerjaan itu termasuk menumbuhkan sel-sel otak di luar angkasa.
Menumbuhkan jaringan dan organ di laboratorium
Untuk membangun jaringan yang terorganisir di laboratorium, para ilmuwan menggunakan perancah untuk menyediakan permukaan sel untuk ditempelkan, berdasarkan bentuk kaku yang telah ditentukan sebelumnya. Misalnya, ginjal buatan memerlukan sebuah struktur, atau perancah, dengan bentuk tertentu agar sel ginjal dapat tumbuh. Memang, strategi ini membantu jaringan untuk mengatur pada tahap awal tetapi menciptakan masalah dalam jangka panjang, seperti reaksi kekebalan yang akhirnya terjadi pada perancah sintetis atau struktur yang tidak akurat.
Sebaliknya, dalam kondisi tanpa beban – di ruang angkasa, sel dapat dengan bebas mengatur dirinya sendiri ke dalam struktur tiga dimensinya yang benar tanpa memerlukan substrat perancah. Dengan menghilangkan gravitasi dari persamaan tersebut, kami para peneliti dapat mempelajari cara-cara baru untuk membangun jaringan manusia, seperti tulang rawan dan pembuluh darah yang bebas perancah, meniru susunan sel alaminya secara buatan. Meskipun tidak persis seperti ini yang terjadi di dalam rahim (bagaimanapun juga, rahim juga tunduk pada gravitasi), kondisi tanpa bebanmemang memberi kita keuntungan.
Dan inilah tepatnya yang terjadi di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS).
Eksperimen ini membantu para peneliti mengoptimalkan pertumbuhan jaringan untuk digunakan dalam basis sains, pengobatan pribadi, dan transplantasi organ.
Tetapi ada alasan lain mengapa kita harus membuat organ di luar angkasa. Misi luar angkasa jangka panjang menciptakan serangkaian perubahan fisiologis pada tubuh astronot. Sementara beberapa dari perubahan ini dapat dibalik seiring waktu, yang lain tidak, mengorbankan penerbangan luar angkasa manusia di masa depan.
Mempelajari tubuh astronot sebelum dan sesudah misi mereka dapat mengungkap apa yang salah pada organ mereka, tetapi memberikan sedikit wawasan tentang mekanisme yang bertanggung jawab atas perubahan yang diamati. Dengan demikian, menumbuhkan jaringan manusia di luar angkasa dapat melengkapi jenis penyelidikan ini dan mengungkapkan cara untuk menangkalnya.
Akhirnya, semua bentuk kehidupan yang kita ketahui telah berevolusi dengan adanya mikrogravitasi. Tanpa gravitasi, otak kita mungkin telah berevolusi dalam lintasan yang berbeda, atau hati kita mungkin tidak menyaring cairan seperti halnya di Bumi.
Dengan menciptakan kembali pembentukan organ embrio di luar angkasa, kita dapat mengantisipasi bagaimana tubuh manusia di dalam rahim akan berkembang. Ada beberapa inisiatif penelitian yang sedang berlangsung di lab saya dengan organoid otak manusia di ISS, yang dirancang untuk mempelajari dampak gravitasi nol pada perkembangan otak manusia. Proyek-proyek ini akan memiliki implikasi yang mendalam untuk kolonisasi manusia di masa depan (dapatkah manusia berhasil bereproduksi di luar angkasa?). Studi ini juga akan meningkatkan generasi organ buatan yang digunakan untuk menguji obat dan perawatan di Bumi. Akankah perawatan yang lebih baik untuk kondisi perkembangan saraf dan degeneratif saraf yang memengaruhi jutaan orang berasal dari penelitian di luar angkasa?
, Professor of Pediatrics and Cellular and Molecular Medicine, University of California San Diego
