Rymdfärder är enormt krävande för människokroppen. Behovet av att förstå hur astronauters hjärnor påverkas av den extrema rymdmiljön växer i takt med att fler och längre rymduppdrag planeras.
En av forskarna som studerar detta är Stefania Giacomello vid KTH. Hon undersöker hur hjärnan reagerar och anpassar sig på molekylär nivå under förhållanden som mikrogravitation, strålning och isolering.
– Trots den extrema miljön kan astronauter utföra komplexa uppgifter, vilket visar hur anpassningsbar hjärnan är. Vi hoppas att vår studie ska ge nya insikter om hjärnans plasticitet och bidra till nya strategier som stärker människors hälsa och livskvalitet, säger Stefania Giacomello.
Stefania Giacomello kommer från Italien men har varit verksam vid KTH sedan 2019. Efter en postdoktoranställning har hon lett en egen forskargrupp och är numera lektor i rumsbiologi. Hon är en av de unga forskare som fått karriärbidrag från Rymdstyrelsen – ett stöd som ges till lovande projekt med potential för vetenskapliga genombrott.
– Bidraget är helt nödvändigt för att jag ska kunna fortsätta min forskningslinje inom rymdbiologi. Och det känns alltid bra att få erkännande för våra insatser, jag ser det också som en utmärkelse, säger Stefania Giacomello.
Molekylära kartor över hjärnan
Med 2,1 miljoner kronor i karriärbidrag ska Stefania Giacomello under tre år undersöka hur hjärnan påverkas av rymdresor på molekylär nivå. Studien bygger på unika hjärnprover från möss som deltog i NASA:s Rodent Research Mission 10 till den internationella rymdstationen, ISS.
Tidigare forskning har visat att rymdfärder kan leda till försämrad nybildning av nervceller (neurogenes), ökad inflammation och förändrad synaptisk aktivitet – allt kopplat till nedsatt kognitiv och motorisk förmåga.
Giacomellos forskargrupp utvecklar nu avancerad molekylär teknik för att kartlägga hur hjärnvävnad fungerar och reagerar på stress. Målet är att skapa så kallade rumsliga omikskartor: detaljerade översikter som visar exakt var olika molekyler finns i vävnaden.
– Rymden är en extrem miljö som utmanar hjärnan på unika sätt och visar hur den reagerar och anpassar sig på molekylär och cellulär nivå. Vi har redan sett att vissa hjärnregioner förändras, bland annat de som är inblandade i nybildning av nervceller och synaptiska funktioner, säger Stefania Giacomello.
Hur bra är hjärnan egentligen på att anpassa sig till extrema miljöer som rymden?
– Hjärnan visar plasticitet, men den stora frågan är hur väl den klarar långvariga rymduppdrag så som framtida resor till Mars. I vår nya studie analyserar vi ett större urval av hjärnprover för att se hur faktorer som färdens längd, mössens ålder och återanpassningen till jorden påverkar hjärnans anpassningsförmåga, säger Stefania Giacomello.
För att besvara frågorna använder hennes forskargrupp några av de mest avancerade tekniker som finns. Med tekniker som spatial transkriptomik och encellig multiomik kan de kartlägga vilka gener som är aktiva i varje enskild cell och exakt var i vävnaden cellerna finns. Genom rymdmasspektrometri analyseras hur molekyler som neurotransmittorer är fördelade i hjärnan. Tillsammans ger teknikerna en högupplöst bild av hjärnans förändringar efter rymdfärd.
Kan rymdforskning lära oss mer om Parkinsons sjukdom?
Ett spännande spår i projektet är att jämföra hjärnförändringar i genetiska musmodeller av Parkinsons sjukdom sjukdom. Målet är att undersöka om rymdresor ger upphov till liknande molekylära förändringar som vid neurodegeneration.
– Vi vill se om rymdinducerade förändringar efterliknar de som ses vid Parkinsons sjukdom. Det skulle kunna hjälpa oss att identifiera tidiga molekylära händelser som utlöser sjukdomsförloppet, och i förlängningen hitta nya mål för behandling, säger Stefania Giacomello.
Nytta för både astronauter och patienter på jorden
Hennes förhoppning är att forskningen inte bara ska bidra till framtida rymdresor, utan också ge ny kunskap om hur hjärnan hanterar stress.
– Det kan leda till personliga skyddsstrategier för astronauter och bidra till behandlingar av hjärnsjukdomar här på jorden, säger hon.
Fram till 2027 kommer forskargruppen att analysera fler hjärnprover från möss som varit i rymden. De siktar också på att bestråla mänskliga hjärnorganoider för att isolera effekterna av rymdstrålning, och bygga en molekylär atlas som kan fungera som vägledning för framtida skyddsstrategier.
Från tarmflora till rymdhjärna
Stefania Giacomello har tidigare forskat på kopplingen mellan kost och människans tarmflora. Med hjälp av rumsbiologi är hennes grupp intresserad av hur vissa livsmedel kan påverka inflammation och ämnesomsättning på vävnadsnivå. Och kopplingen till rymdforskningen finns även där.
– Båda projekten handlar om hur miljön påverkar vår biologi. Tarm-hjärna-axeln, alltså samspelet mellan tarmens mikrobiom och hjärnans funktion, är en möjlig men ännu ganska outforskad väg som kan påverkas vid rymdfärder, säger hon.
