Voor het eerst is het onderzoekers gelukt om muizenembryo’s in de ruimte te laten groeien. He hint erop dat embryo’s – in ieder geval in een pril, maar cruciaal stadium van hun ontwikkeling – geen moeite hebben met een beperkte zwaartekracht. En dat is goed nieuws voor toekomstige ruimtereizigers.
Op dit moment is het leeuwendeel van de mensheid nog aan de aarde gekluisterd. Maar de verwachting is dat dat gaat veranderen en mensen in de toekomst ook andere hemellichamen – zoals Mars – gaan koloniseren. Daar gaat echter een lange ruimtereis aan vooraf, waarbij astronauten maandenlang in een krap ruimtevaartuig op elkaars lip zitten. En dan kan het zomaar gebeuren dat er een vonkje overslaat. Van het één komt het ander en voor je het weet, is er een heuse Marsbaby onderweg. Tenminste: zo zou het kunnen gaan, als alles in de ruimte net zo werkte als op de aarde. Maar de ruimte is anders. Zo is de zwaartekracht in dat veel te krappe ruimtevaartuig veel beperkter. Ook worden astronauten – en dus ook hun eventuele nageslacht in wording – aan veel hogere doses straling blootgesteld. En dat roept de vraag op of een embryo zich überhaupt wel in de ruimte ontwikkelen kan. Het is een vraag die ook wetenschappers al geruime tijd bezighoudt. En in het blad iScience wordt nu – eindelijk – voor het eerst een voorzichtig antwoord op die vraag geformuleerd.
Het onderzoek
Voor het onderzoek vroren Japanse onderzoekers nog heel prille muizenembryo’s in, om ze vervolgens naar het internationale ruimtestation te sturen. Daar werden de embryo’s – die in dat stadium uit nog maar twee cellen bestonden – in een speciaal voor dit experiment ontwikkeld apparaat ontdooid, waarna ze vier dagen de tijd kregen om zich verder te ontwikkelen tot een blastocyste. Een deel van de embryo’s werd daarbij blootgesteld aan de beperkte zwaartekracht van het ISS. Een ander deel mocht zich in het ISS proberen te ontwikkelen bij een gesimuleerde zwaartekracht, vergelijkbaar met de zwaartekracht op aarde. Na vier dagen werd de ontwikkeling van de embryo’s stilgelegd, waarna ze weer terugkeerden naar de aarde voor analyse. Eenmaal op aarde werd natuurlijk gekeken hoe de embryo’s zich ontwikkeld hadden. Die ontwikkeling werd bovendien vergeleken met die van een controlegroep, bestaande uit muizenembryo’s die op aarde vier dagen de tijd hadden gekregen om zich te ontwikkelen.
Bemoedigend
De resultaten van het onderzoek zijn nu terug te lezen in het blad iScience. En ze zijn enigszins bemoedigend. Want hoewel de kans dat embryo’s al in een pril stadium stopten met ontwikkelen in de ruimte vijf tot zes keer groter bleek te zijn, ontwikkelden de ruimte-embryo’s die wél doorzetten zich normaal. “De embryo’s die onder een beperkte zwaartekracht werden gekweekt ontwikkelden zich tot blastocysten, met een normaal aantal cellen, een normale Inner Cell Mass (ICM) en trofoblast en genexpressies die vergelijkbaar waren met die van embryo’s die zich op aarde of in het ISS onder een kunstmatige aardse zwaartekracht ontwikkeld hadden,” zo schrijven de onderzoekers.
Niet vanzelfsprekend
Het is hoopgevend, omdat een normale ontwikkeling van een embryo onder beperkte zwaartekracht allesbehalve vanzelfsprekend is. Bij zoogdieren is het namelijk zo dat een bevruchte eicel zich allereerst een aantal keer gaat delen, om uiteindelijk in een paar dagen tijd een blastocyste te vormen. Dit is een hol balletje, met daarin een lokale opeenhoping van cellen (de Inner Cell Mass) die het eigenlijke embryo zullen gaan vormen. De blastocyste wordt omringd door trofoblastcellen die het extra-embryonaal weefsel gaan vormen, zoals de placenta. De plek die cellen in de blastocyste innemen, is cruciaal. Zo differentiëren cellen aan de rand van de blastocyste zich tot trofoblastcellen en is het voor de cellen die uiteindelijk uit gaan groeien tot de eigenlijke embryo (de zogenoemde Inner Mass Cells, kortweg IMCs) heel belangrijk dat ze zich op één plek in de blastocyste verzamelen. En het lijkt voor de hand te liggen dat de zwaartekracht een rol speelt in de positionering en dus het uiteindelijke lot van de cellen in de blastocyste. “Wanneer embryo’s zich ontwikkelen tot blastocysten, hopen de ICMs zich altijd op één plek in de blastocysten op, wat suggereert dat deze cellen zwaarder zijn dan andere cellen en naar de bodem van de blastocyst zakken,” zo schrijven de onderzoekers. “Als zwaartekracht verantwoordelijk is voor de positionering van de cellen en het feit dat de ICM-cellen zich op één plek verzamelen, dan is het wellicht niet mogelijk voor de cellen om zich in de ruimte correct te differentiëren tot ICMs of trofoblastcellen en voor ICMs is het wellicht ook onmogelijk om zich in de ruimte op één plek in de blastocyste te verzamelen.” En als de zwaartekracht die differentiatie en plaatsing van de cellen in embryo’s van zoogdieren bepaalt, kunnen de onderzoekers er kort over zijn: “Dan zijn mensen niet in staat om zich in de ruimte voort te planten.”
Eerder onderzoek
En eerdere studies – uitgevoerd op de aarde – leken ook inderdaad op die uitkomst te hinten. Tijdens die experimenten werd gekeken hoe prille embryo’s zich ontwikkelden onder een gesimuleerde beperkte zwaartekracht. En in veel gevallen viel de ontwikkeling van die embryo’s al snel stil of ontwikkelden de embryo’s te weinig trofoblastcellen. “Wat suggereerde dat een beperkte zwaartekracht een vernietigend effect heeft op de vroege ontwikkeling van embryo’s.” Maar de nieuwe studie – daadwerkelijk uitgevoerd in de ruimte – suggereert dus heel iets anders en onthult dat embryo’s zich onder een beperkte zwaartekracht wel degelijk normaal kunnen ontwikkelen. De tegenstrijdige resultaten zijn waarschijnlijk te verklaren door de wijze waarop men eerder tijdens experimenten op aarde een beperkte zwaartekracht poogde te simuleren, zo schrijven de onderzoekers. Daarbij werden de embryo’s namelijk in een clinosat geplaatst – een apparaat dat middels rotatie de zwaartekracht opheft. En dat de embryo’s zich vervolgens minder goed ontwikkelden, komt volgens de onderzoekers dan ook door de rotatie en niet zozeer door het gebrek aan zwaartekracht. Ze baseren die conclusie op hun eigen experimenten in het ISS, waarbij ze door rotatie juist een aardse zwaartekracht simuleerden. En ook in dat geval bleken de embryo’s minder trofoblastcellen aan te maken.
Zee-egels en vissen
Het onderzoek van de Japanse onderzoekers volgt op tal van andere studies naar bevruchting en voortplanting in de ruimte. Zo werd eerder bijvoorbeeld ook al aangetoond dat de bevruchting en embryonale ontwikkeling van zee-egels en amfibieën in de ruimte niet vlekkeloos verliep. Een ander experiment met vissen onthulde echter weer dat zij in een baan rond de aarde geen moeite hebben met de voortplanting.
Een verhaal apart
De nieuwe studie betreft zoals gezegd muizen, oftewel zoogdieren. En dat is toch een verhaal apart, zo benadrukken de onderzoekers. “De voortplanting van zoogdieren is ingewikkeld (…) en heel anders dan bij andere taxa. Bevruchting en innesteling vindt plaats in de baarmoeder en de moeder ondersteunt de foetale groei via de placenta totdat de foetus volledig volgroeid is. Dus uitkomsten van studies naar dieren die niet tot de zoogdieren gerekend kunnen worden, kunnen niet gebruikt worden om de voortplanting van zoogdieren in de ruimte te begrijpen.” En daarom vonden de onderzoekers het ook noodzakelijk om – voor het eerst! – embryo’s van muizen naar het ruimtestation te sturen.
Sperma en zwangere muizen
Het onderzoek vormt wat dat betreft een mooie en broodnodige aanvulling op andere studies die zich richtten op andere facetten van de voortplanting van zoogdieren in de ruimte. Denk aan eerder onderzoek waarin gekeken werd hoe de straling waar men in de ruimte aan wordt blootgesteld spermacellen beïnvloedt. Of een andere studie waarin muizen die halverwege of tegen het eind van hun zwangerschap waren, een ruimtevlucht maakten, waarna wetenschappers keken hoe het hun nageslacht verging. Die laatstgenoemde studie was overigens ook tamelijk hoopgevend; de ruimtevlucht bleek slechts beperkt effect te hebben op onder meer de omvang van hun nestje, het geboortegewicht van en sterfte onder de pasgeboren muisjes. “Afgaand op die onderzoeken en onze resultaten is voortplanting in de ruimte voor zoogdieren wellicht mogelijk,” zo concluderen de wetenschappers voorzichtig. “Hoewel er misschien wel enigszins sprake is van aantasting (ergens tijdens dat voortplantingsproces, red.).”
Wat het onderzoek echter vooral duidelijk maakt, is dat er nog veel vragen zijn. Zo blijft bijvoorbeeld onduidelijk of de embryo’s die zich in het ruimtestation normaal hebben ontwikkeld ook daadwerkelijk uit kunnen groeien tot gezonde baby-muisjes. Ook zou het natuurlijk interessant zijn om in plaats van embryo’s zaad- en eicellen naar het ruimtestation te sturen om na te gaan of een succesvolle bevruchting en vervolgens een succesvolle embryonale ontwikkeling mogelijk is. Al met al valt er dus nog genoeg te onderzoeken alvorens ruimtereizigers met een gerust hart de lakens kunnen delen.
