‘Hyperzwaartekrachtkuur’: genezen wonden dan sneller ondanks stress?

Large diameter centrifuge ©ESA (vergrote weergave)

Large diameter centrifuge ©ESA

(02-03-2021) Onderzoekers van de UGent en SCK CEN willen weten of hyperzwaartekracht een vertraagde wondgenezing – veroorzaakt door stress en gewichtloosheid – kan tegengaan.

In september krijgen ‘gestresseerde en gewonde huidcellen’ een ‘hyperzwaartekrachtkuur’ in de centrifuge van ESA in het Nederlandse Noordwijk. Dit experiment is mogelijk dankzij het ESA-opleidingsprogramma Spin Your Thesis!.

In de ruimte worden astronauten blootgesteld aan extreme omstandigheden: kosmische straling, langdurige gewichtloosheid en sociaal isolement. Die factoren veroorzaken onder meer stress.

“Als het lichaam stress ervaart, maakt het eerst adrenaline en vervolgens cortisol aan. Langdurige stress zorgt voor een chronische blootstelling aan het stresshormoon cortisol. Die chronische blootstelling onderdrukt het immuunsysteem, terwijl wondherstel net afhankelijk is van een goed functionerend immuunsysteem."

"Stress remt wondgenezing dus af. Wondgenezing komt nog trager op gang, wanneer er ook nog langdurige gewichtloosheid bij komt kijken," aldus Eline Radstake, doctoraatsstudente verbonden aan SCK CEN en UGent. 

De onderzoekers willen weten of een ‘hyperzwaartekrachtkuur’ het tij kan keren en een vertraagde wondgenezing kan tegengaan.

De doctoraatsstudente hoopt een antwoord op die vraag te vinden in European Space Research and Technology Centre (ESTEC), het technische hart van de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA. Het onderzoekscentrum beschikt over de Large Diameter Centrifuge. Die installatie, met een diameter van acht meter, spint tegen hoge snelheid om zijn eigen as om hyperzwaartekrachten tot 20G te kunnen simuleren. Ter vergelijking: op aarde zorgt een zwaartekracht van 1G ervoor dat wij niet zweven. In de ruimte bedraagt die 0.

‘Gewonde huidcellen’

In september van dit jaar zullen er ‘gestresseerde en gewonde huidcellen’ van de UGent en SCK CEN in de installatie slingeren. Aan een kracht van 15 tot 20G.

Concreet gaat het over ‘Normale Humane Dermale Fibroblasten’. Dat zijn cellen uit de lederhuid (dermis), de tweede grote huidlaag.

“Al noem ik ze liever de constructie- en rekruteringswerkers van de huid”, lacht de doctoraatsstudente. “Zodra er een wond gevormd is, migreren de cellen naar de wond en beginnen ze het huidweefsel weer op te bouwen. Ze rekruteren daarbij immuuncellen om de ‘gapende wonde’ sneller te kunnen dichten.”

Om dit experiment te doen slagen, moeten de onderzoekers verschillende stappen doorlopen. Allereerst maken ze in vitro-wonden en dienen ze de wonden stresshormonen toe. Nadien wentelen de ‘gestresseerde en gewonde huidcellen’ gedurende twaalf uur in allerlei richtingen op een random positioning machine. Doel is om het effect van de zwaartekracht te elimineren en een vertraagde wondheling te simuleren.

“Pas daarna mogen ze aan boord van de centrifuge, en dat voor een zestal uur, waarna ze opnieuw op een random positioning machine geplaatst worden. Astronauten zouden tijdens een ruimtereis na een ‘hyperzwaartekrachtkuur’ ook weer in een gewichtloze omgeving terechtkomen. Diezelfde situatie willen we met het experiment nabootsen”, verduidelijkt Eline Radstake.

Nut op aarde

De doctoraatsstudente kijkt reikhalzend uit naar het experiment en de resultaten die daaruit zullen voortvloeien. Mieke Verslegers, radiobiologe bij SCK CEN en mentor van de doctoraatsstudente, is alvast overtuigd dat het onderzoek – bij veelbelovende resultaten – ook op aarde nuttig zal zijn.

“We bestuderen niet enkel hoe snel cellen weer toegroeien, maar ook welke eiwitten in een efficiënt helingsproces een cruciale rol hebben gespeeld. Die inzichten kunnen op aarde van pas komen bij patiënten die een moeilijke wondgenezing ervaren.”

Spin Your Thesis!: ESA-opleidingsprogramma

Dit onderzoek is mogelijk dankzij het opleidingsprogramma ‘Spin Your Thesis!’ van ESA. Het programma biedt universitaire studenten de mogelijkheid om een wetenschappelijk of technologisch onderzoek met hyperzwaartekracht (+1G) uit te voeren in een aantal onderzoeksdomeinen, waaronder biologie, biochemie, microbiologie, optische fysica, materiaalwetenschappen, vloeistofdynamica, geologie en plasmafysica.

Doctoraatsstudente Eline Radstake diende – samen met Silvana Ferreira da Silva Miranda, haar collega-doctoraatsstudente bij de UGent en SCK CEN, en Cynthia Van Rompay, masterstudente bij UAntwerpen – een projectvoorstel in. Haar project, genaamd FORTE, was een van de drie geselecteerden.