Un léger grondement résonna sous les pieds de Ngan Huang alors qu'une fusée transportant ses recherches – des cellules musculaires humaines vivantes cultivées sur des échafaudages fixés sur de minuscules puces – s'éleva, s'éleva et disparut dans le ciel jusqu'au Laboratoire national de la Station spatiale internationale. Ces puces aideraient Huang à mieux comprendre les troubles musculaires, souvent observés chez les astronautes et les personnes âgées, et à tester des médicaments pour lutter contre cette maladie.
Les résultats sont désormais là. D'après une étude publiée le 25 juillet dans Rapports sur les cellules souchesL'équipe de Huang a montré que les muscles voyageant dans l'espace présentaient des changements métaboliques indiquant une altération de la régénération musculaire et des activités génétiques associées à la perte musculaire liée à l'âge appelée sarcopénie. Mais le traitement médicamenteux a partiellement empêché les effets indésirables de la microgravité.
L'espace est un environnement vraiment unique qui accélère les processus associés au vieillissement et altère également de nombreux processus sains. Les astronautes reviennent avec une atrophie musculaire, ou une réduction de la fonction musculaire, parce que le muscle n'est pas utilisé activement en l'absence de gravité. Alors que les voyages dans l'espace deviennent plus courants et accessibles aux civils, il est important de comprendre ce qui arrive à nos muscles en microgravité.
Huang (@NganHuang), professeur associé à l'Université de Stanford
Pour comprendre les effets de la microgravité sur les muscles, les chercheurs ont lancé des puces musculaires – des ensembles de cellules musculaires orientées sur des biomatériaux à motifs qui imitent la structure des muscles réels – dans l'espace pour les faire croître pendant sept jours sous les soins des astronautes.
Lorsque les chercheurs ont comparé les cellules musculaires cultivées en microgravité à celles cultivées sur Terre, ils ont constaté une altération de la formation des fibres musculaires. Ils ont également découvert des différences dans l’activité de leurs gènes et dans leur profil protéique. Les gènes liés à la fonction mitochondriale, dont les muscles tirent leur énergie, ont été compromis, et les gènes associés à la formation de graisse ont été renforcés. Ces résultats suggèrent que la microgravité peut entraîner des dysfonctionnements dans la régénération musculaire.
Les muscles ayant voyagé dans l’espace présentent également des activités génétiques qui ressemblent quelque peu à celles des muscles atteints de sarcopénie, qui touche le plus souvent les personnes de 60 ans et plus.
« Nous pensons que nos recherches sur les puces musculaires en microgravité pourraient avoir des implications plus larges sur la sarcopénie », explique Huang. « La sarcopénie prend généralement des décennies à se développer sur Terre, et nous pensons que la microgravité pourrait avoir la capacité d'accélérer le processus de la maladie en quelques jours. »
Dans une expérience de validation de principe visant à tester la puce musculaire pour le dépistage de médicaments, les astronautes ont injecté dans les puces des médicaments destinés à traiter la sarcopénie ou à améliorer la régénération musculaire. Le traitement a partiellement atténué certains des effets négatifs de la microgravité sur les muscles, empêchant un changement métabolique vers la formation de graisse. En examinant les schémas d'activité génétique, les muscles traités avec des médicaments en microgravité ressemblent davantage à des échantillons terrestres qu'à des échantillons non traités en microgravité.
La recherche spatiale étant une activité exigeante en main-d’œuvre et en ressources, l’étude actuelle est une expérience unique et un nombre limité d’échantillons ont été autorisés à embarquer à bord de la fusée. Les scientifiques déploient actuellement des équipements qui simulent la microgravité pour surmonter certaines de ces limitations et faciliter leurs recherches dans l’espace. Les puces musculaires de Huang devraient effectuer un autre voyage spatial en 2025 pour poursuivre les recherches sur l’identification de médicaments permettant de traiter les troubles de la régénération musculaire induits par la microgravité.
« Ce concept de plateforme de puces tissulaires conçues en microgravité est un outil potentiellement transformateur qui pourrait nous permettre d'étudier une variété de maladies et de procéder à des tests de médicaments sans sujets animaux ou humains », explique Huang.
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health des États-Unis, le Département américain des anciens combattants, la National Science Foundation, le Center for the Advancement of Science in Space, l'American Heart Association et le Département américain des anciens combattants.
