Modeling the Effects of Protracted Cosmic Radiation in a Human Organ-on-Chip Platform.
bone marrow
heart
human stem cells
liver
mars mission
organ‐on‐chip
radiation
tissue engineering
Journal
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
ISSN: 2198-3844
Titre abrégé: Adv Sci (Weinh)
Pays: Germany
ID NLM: 101664569
Informations de publication
Date de publication:
04 Jul 2024
04 Jul 2024
Historique:
revised:
18
05
2024
received:
07
02
2024
medline:
5
7
2024
pubmed:
5
7
2024
entrez:
5
7
2024
Statut:
aheadofprint
Résumé
Galactic cosmic radiation (GCR) is one of the most serious risks posed to astronauts during missions to the Moon and Mars. Experimental models capable of recapitulating human physiology are critical to understanding the effects of radiation on human organs and developing radioprotective measures against space travel exposures. The effects of systemic radiation are studied using a multi-organ-on-a-chip (multi-OoC) platform containing engineered tissue models of human bone marrow (site of hematopoiesis and acute radiation damage), cardiac muscle (site of chronic radiation damage) and liver (site of metabolism), linked by vascular circulation with an endothelial barrier separating individual tissue chambers from the vascular perfusate. Following protracted neutron radiation, the most damaging radiation component in deep space, a greater deviation of tissue function is observed as compared to the same cumulative dose delivered acutely. Further, by characterizing engineered bone marrow (eBM)-derived immune cells in circulation, 58 unique genes specific to the effects of protracted neutron dosing are identified, as compared to acutely irradiated and healthy tissues. It propose that this bioengineered platform allows studies of human responses to extended radiation exposure in an "astronaut-on-a-chip" model that can inform measures for mitigating cosmic radiation injury.
Identifiants
pubmed: 38965824
doi: 10.1002/advs.202401415
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2401415Subventions
Organisme : NIH HHS
ID : EB027062
Pays : United States
Organisme : NIH HHS
ID : HL076485
Pays : United States
Organisme : NIH HHS
ID : CA249799
Pays : United States
Organisme : National Science Foundation
Organisme : NASA
ID : NNX16A069A
Pays : United States
Organisme : NASA
ID : RAD0104
Pays : United States
Organisme : NCI NIH HHS
ID : 1F31CA275733
Pays : United States
Organisme : National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program
ID : 1644869
Informations de copyright
© 2024 The Author(s). Advanced Science published by Wiley‐VCH GmbH.
Références
Z. S. Patel, T. J. Brunstetter, W. J. Tarver, A. M. Whitmire, S. R. Zwart, S. M. Smith, J. L. Huff, NPJ Microgravity 2020, 6, 33.
R. S. Bokhari, A. Beheshti, S. E. Blutt, D. E. Bowles, D. Brenner, R. Britton, L. Bronk, X.u Cao, A. Chatterjee, D. E. Clay, C. Courtney, D. T. Fox, M. W. Gaber, S. Gerecht, P. Grabham, D. Grosshans, F. Guan, E. A. Jezuit, D. G. Kirsch, Z. Liu, M. Maletic‐Savatic, K. M. Miller, R. A. Montague, P. Nagpal, S. Osenberg, L. Parkitny, N. A. Pierce, C. Porada, S. M. Rosenberg, P. Sargunas, et al., Life Sci. Space Res. 2022, 35, 105.
L. Y. Krestinina, D. L. Preston, E. V. Ostroumova, M. O. Degteva, E. Ron, O. V. Vyushkova, N. V. Startsev, M. M. Kossenko, A. V. Akleyev, Radiat. Res. 2005, 164, 602.
K. Leuraud, D. B. Richardson, E. Cardis, R. D. Daniels, M. Gillies, J. A. O'Hagan, G. B. Hamra, R. Haylock, D. Laurier, M. Moissonnier, M. K. Schubauer‐Berigan, I. Thierry‐Chef, A. Kesminiene, Lancet Haematol. 2015, 2, e276.
S. Holden, R. Perez, R. Hall, C. M. Fallgren, B. Ponnaiya, G. Garty, D. J. Brenner, M. M. Weil, J. Raber, Radiat. Res. 2021, 196, 31.
E. C. Laiakis, M. P. Canadell, V. Grilj, A. D. Harken, G. Y. Garty, G. Astarita, D. J. Brenner, L. Smilenov, A. J. Fornace, Sci. Rep. 2019, 9, 4539.
H. H. Rossi, J. L. Bateman, V. P. Bond, L. J. Goodman, E. E. Stickley, Radiat. Res. 1960, 13, 503.
Y. Xu, G. Randers‐Pehrson, S. A. Marino, G. Garty, A. Harken, D. J. Brenner, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 2015, 794, 234.
T. Squillaro, G. Galano, R. De Rosa, G. Peluso, U. Galderisi, Stem Cells 2018, 36, 1146.
I. R. Miousse, L. Shao, J. Chang, W. Feng, Y. Wang, A. R. Allen, J. Turner, B. Stewart, J. Raber, D. Zhou, I. Koturbash, Radiat. Res. 2014, 182, 92.
D. E. Ingber, Nat. Rev. Genet. 2022, 23, 467.
D. N. Tavakol, S. Fleischer, G. Vunjak‐Novakovic, Cell Stem Cell 2021, 28, 993.
G. Vunjak‐Novakovic, K. Ronaldson‐Bouchard, M. Radisic, Cell 2021, 184, 4597.
S. N. Bhatia, D. E. Ingber, Nat. Biotechnol. 2014, 32, 760.
C. D. Edington, W. L. Kelly Chen, E. Geishecker, T. Kassis, L. R. Soenksen, B. M. Bhushan, D. Freake, J. Kirschner, C. Maass, N. Tsamandouras, J. Valdez, C. D. Cook, T. Parent, S. Snyder, J. Yu, E. Suter, M. Shockley, J. Velazquez, J. J. Velazquez, L. Stockdale, J. P. Papps, I. Lee, N. Vann, M. Gamboa, M. E. LaBarge, Z. Zhong, X. Wang, L. A. Boyer, D. A. Lauffenburger, R. L. Carrier, et al., Sci. Rep. 2018, 8, 4530.
C. Oleaga, C. Bernabini, A. S. Smith, B. Srinivasan, M. Jackson, W. McLamb, V. Platt, R. Bridges, Y. Cai, N. Santhanam, B. Berry, S. Najjar, N. Akanda, X. Guo, C. Martin, G. Ekman, M. B. Esch, J. Langer, G. Ouedraogo, J. Cotovio, J. L. Breton, M. L. Shuler, J. J. Hickman, Sci. Rep. 2016, 6, 20030.
R. Novak, M. Ingram, S. Marquez, D. Das, A. Delahanty, A. Herland, B. M. Maoz, S. S. F. Jeanty, M. R. Somayaji, M. Burt, E. Calamari, A. Chalkiadaki, A. Cho, Y. Choe, D. B. Chou, M. Cronce, S. Dauth, T. Divic, J. Fernandez‐Alcon, T. Ferrante, J. Ferrier, E. A. FitzGerald, R. Fleming, S. Jalili‐Firoozinezhad, T. Grevesse, J. A. Goss, T. Hamkins‐Indik, O. Henry, C. Hinojosa, T. Huffstater, et al., Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 407.
A. Chramiec, D. Teles, K. Yeager, A. Marturano‐Kruik, J. Pak, T. Chen, L. Hao, M. Wang, R. Lock, D. N. Tavakol, M. B. Lee, J. Kim, K. Ronaldson‐Bouchard, G. Vunjak‐Novakovic, Lab Chip 2020, 20, 4357.
K. Ronaldson‐Bouchard, D. Teles, K. Yeager, D. N. Tavakol, Y. Zhao, A. Chramiec, S. Tagore, M. Summers, S. Stylianos, M. Tamargo, B. M. Lee, S. P. Halligan, E. H. Abaci, Z. Guo, J. Jacków, A. Pappalardo, J. Shih, R. K. Soni, S. Sonar, C. German, A. M. Christiano, A. Califano, K. K. Hirschi, C. S. Chen, A. Przekwas, G. Vunjak‐Novakovic, Nat. Biomed. Eng. 2022, 6, 351.
S. Fleischer, D. N. Tavakol, G. Vunjak‐Novakovic, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, p1.
S. D. Verma, E. Passerat de la Chapelle, S. Malkani, C. M. Juran, V. Boyko, S. V. Costes, E. Cekanaviciute, Front. Immunol. 2022, 13, 864923.
D. B. Chou, V. Frismantas, Y. Milton, R. David, P. Pop‐Damkov, D. Ferguson, A. MacDonald, Ö. Vargel Bölükbasi, C. E. Joyce, L. S. Moreira Teixeira, A. Rech, A. Jiang, E. Calamari, S. Jalili‐Firoozinezhad, B. A. Furlong, L. R. O'Sullivan, C. F. Ng, Y. Choe, S. Marquez, K. C. Myers, O. K. Weinberg, R. P. Hasserjian, R. Novak, O. Levy, R. Prantil‐Baun, C. D. Novina, A. Shimamura, L. Ewart, D. E. Ingber, Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 394.
S. Jalili‐Firoozinezhad, R. Prantil‐Baun, A. Jiang, R. Potla, T. Mammoto, J. C. Weaver, T. C. Ferrante, H. J. Kim, J. M. S. Cabral, O. Levy, D. E. Ingber, Cell Death Dis. 2018, 9, 223.
D. N. Tavakol, T. R. Nash, Y. Kim, S. He, S. Fleischer, P. L. Graney, J. A. Brown, M. Liberman, M. Tamargo, A. Harken, A. A. Ferrando, S. Amundson, G. Garty, E. Azizi, K. W. Leong, D. J. Brenner, G. Vunjak‐Novakovic, Biomaterials 2023, 301, 122267.
M. A. Tamargo, T. R. Nash, S. Fleischer, Y. Kim, O. F. Vila, K. Yeager, M. Summers, Y. Zhao, R. Lock, M. Chavez, T. Costa, G. Vunjak‐Novakovic, ACS Biomater. Sci. Eng. 2021, 7, 5215.
A. M. Newman, C. L. Liu, M. R. Green, A. J. Gentles, W. Feng, Y. Xu, C. D. Hoang, M. Diehn, A. A. Alizadeh, Nat. Methods 2015, 12, 453.
D. L. Preston, S. Kusumi, M. Tomonaga, S. Izumi, E. Ron, A. Kuramoto, N. Kamada, H. Dohy, T. Matsui, H. Nonaka, D. E. Thompson, M. Soda, K. Mabuchi, Radiat. Res. 1994, 137, S68.
D. L. Stricklin, J. VanHorne‐Sealy, C. I. Rios, L. A. Scott Carnell, L. P. Taliaferro, Radiat. Res. 2021, 195, 480.
N. Mencia‐Trinchant, M. J. MacKay, C. Chin, E. Afshinnekoo, J. Foox, C. Meydan, D. Butler, C. Mozsary, N. A. Vernice, C. Darby, M. C. Schatz, S. M. Bailey, A. M. Melnick, M. L. Guzman, K. Bolton, L. Z. Braunstein, F. Garrett‐Bakelman, R. L. Levine, D. C. Hassane, C. E. Mason, Cell Rep. 2020, 33, 108458.
Y. F. Ali, F. A. Cucinotta, L. Ning‐Ang, G. Zhou, Front. Phys. 2020, 8, 00234.
T. M. Seed, T. E. Fritz, D. V. Tolle, W. E. Jackson, Adv. Space Res. 2002, 30, 945.
A. Collins, C. A. Mitchell, E. Passegué, J. Exp. Med. 2021, 218, e20201545.
E. M. Pietras, Blood 2017, 130, 1693.
A. S. Nemec‐Bakk, V. Sridharan, R. D. Landes, P. Singh, M. Cao, P. Dominic, J. W. Seawright, J. C. Chancellor, M. Boerma, Life Sci. Space Res. 2022, 32, 105.
J. W. Seawright, V. Sridharan, R. D. Landes, M. Cao, P. Singh, I. Koturbash, X.‐W. Mao, I. R. Miousse, S. P. Singh, G. A. Nelson, M. Hauer‐Jensen, M. Boerma, Life Sci. Space Res. 2019, 20, 72.
V. Sridharan, J. W. Seawright, R. D. Landes, M. Cao, P. Singh, C. M. Davis, X.‐W. Mao, S. P. Singh, X. Zhang, G. A. Nelson, M. Boerma, Life Sci. Space Res. 2020, 26, 62.
C. C. Pan, B. D. Kavanagh, L. A. Dawson, X. A. Li, S. K. Das, M. Miften, R. K. Ten Haken, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2010, 76, S94.
H. Christiansen, N. Sheikh, B. Saile, F. Reuter, M. Rave‐Fränk, R. M. Hermann, J. Dudas, A. Hille, C. F. Hess, G. Ramadori, Radiology 2007, 242, 189.
J. A. Stryker, Radiology 2007, 242, 1.
J. Lacombe, C. Sima, S. A. Amundson, F. Zenhausern, PLoS One 2018, 13, e0198851.
F. E. Garrett‐Bakelman, M. Darshi, S. J. Green, R. C. Gur, L. Lin, B. R. Macias, M. J. McKenna, C. Meydan, T. Mishra, J. Nasrini, B. D. Piening, L. F. Rizzardi, K. Sharma, J. H. Siamwala, L. Taylor, M. H. Vitaterna, M. Afkarian, E. Afshinnekoo, S. Ahadi, A. Ambati, M. Arya, D. Bezdan, C. M. Callahan, S. Chen, A. M. K. Choi, G. E. Chlipala, K. Contrepois, M. Covington, B. E. Crucian, I. De Vivo, et al., Science 2019, 364, aau8650.
C. G. Broustas, Y. Xu, A. D. Harken, M. Chowdhury, G. Garty, S. A. Amundson, Radiat. Res. 2017, 187, 443.
L. Jiang, X.‐P. Xiong, C.‐S. Hu, Z.‐L. Ou, G.‐P. Zhu, H.‐M. Ying, J. Radiat. Res. 2013, 54, 230.
A. Herland, B. M. Maoz, D. Das, M. R. Somayaji, R. Prantil‐Baun, R. Novak, M. Cronce, T. Huffstater, S. S. F. Jeanty, M. Ingram, A. Chalkiadaki, D. Benson Chou, S. Marquez, A. Delahanty, S. Jalili‐Firoozinezhad, Y. Milton, A. Sontheimer‐Phelps, B. Swenor, O. Levy, K. K. Parker, A. Przekwas, D. E. Ingber, Nat. Biomed. Eng. 2020, 4, 421.
C. W. McAleer, C. J. Long, D. Elbrecht, T. Sasserath, L. R. Bridges, J. W. Rumsey, C. Martin, M. Schnepper, Y. Wang, F. Schuler, A. B. Roth, C. Funk, M. L. Shuler, J. J. Hickman, Sci. Transl. Med. 2019, 11, aav1386.
C. P. Pires de Mello, C. Carmona‐Moran, C. W. McAleer, J. Perez, E. A. Coln, C. J. Long, C. Oleaga, A. Riu, R. Note, S. Teissier, J. Langer, J. J. Hickman, Lab Chip 2020, 20, 749.
M. Trapecar, C. Communal, J. Velazquez, C. A. Maass, Y.u‐J.a Huang, K. Schneider, C. W. Wright, V. Butty, G. Eng, O. Yilmaz, D. Trumper, L. G. Griffith, Cell Syst. 2020, 10, 223.
D. N. Tavakol, J. Chen, N. W. Chavkin, T. N. Tavakol, K. K. Hirschi, G. Vunjak‐Novakovic, Curr. Stem Cell Rep. 2021, 7, 174.
R. Fisher, B. Baselet, R. Vermeesen, M. Moreels, S. Baatout, F. Rahiman, X. Miles, S. Nair, P. du Plessis, M. Engelbrecht, R. J. Ndimba, J. Bolcaen, J. Nieto‐Camero, E. de Kock, C. Vandevoorde, Front. Phys. 2020, 8, 568124.
P. W. Burridge, E. Matsa, P. Shukla, Z. C. Lin, J. M. Churko, A. D. Ebert, F. Lan, S. Diecke, B. Huber, N. M. Mordwinkin, J. R. Plews, O. J. Abilez, B. Cui, J. D. Gold, J. C. Wu, Nat. Methods 2014, 11, 855.
K. Ronaldson‐Bouchard, S. P. Ma, K. Yeager, T. Chen, L. Song, D. Sirabella, K. Morikawa, D. Teles, M. Yazawa, G. Vunjak‐Novakovic, Nature 2018, 556, 239.
D. A. M. Feyen, W. L. McKeithan, A. A. N. Bruyneel, S. Spiering, L. Hörmann, B. Ulmer, H. Zhang, F. Briganti, M. Schweizer, B. Hegyi, Z. Liao, R.‐P. Pölönen, K. S. Ginsburg, C. K. Lam, R. Serrano, C. Wahlquist, A. Kreymerman, M. Vu, P. L. Amatya, C. S. Behrens, S. Ranjbarvaziri, R. G. C. Maas, M. Greenhaw, D. Bernstein, J. C. Wu, D. M. Bers, T. Eschenhagen, C. M. Metallo, M. Mercola, Cell Rep. 2020, 32, 107925.
D. N. N. Tavakol, et al., Tissue Eng. A 2022, 28, S461.
A. Villasante, A. Marturano‐Kruik, S. T. Robinson, Z. Liu, X. E. Guo, G. Vunjak‐Novakovic, Tissue Eng. C Methods 2017, 23, 98.
A. Schepers, C. Li, A. Chhabra, B. T. Seney, S. Bhatia, Lab Chip 2016, 16, 2644.
Y. Xu, G. Randers‐Pehrson, H. C. Turner, S. A. Marino, C. R. Geard, D. J. Brenner, G. Garty, Radiat. Res. 2015, 184, 404.
E. B. Wagner, G. S. Hurst, Health Phys. 1961, 5, 20.
M. I. Love, W. Huber, S. Anders, Genome Biol. 2014, 15, 550.