Spaceflight induces molecular, cellular and physiological shifts in astronauts and poses myriad biomedical challenges to the human body, which are becoming increasingly relevant as more humans venture into space

Abstract As spaceflight becomes more common with commercial crews, blood-based measures of crew health can guide both astronaut biomedicine and countermeasures. By profiling plasma proteins, metabolites, and extracellular vesicles/particles (EVPs) from the SpaceX Inspiration4 crew, we generated “spaceflight secretome profiles,” which showed significant differences in coagulation, oxidative stress, and brain-enriched proteins. While >93% of differentially abundant proteins (DAPs) in vesicles and metabolites recovered within six months, the majority (73%) of plasma DAPs were still perturbed post-flight. Moreover, these proteomic alterations correlated better with peripheral blood mononuclear cells than whole blood, suggesting that immune cells contribute more DAPs than erythrocytes. Finally, to discern possible mechanisms leading to brain-enriched protein detection and blood-brain barrier (BBB) disruption, we examined protein changes in dissected brains of spaceflight mice, which showed increases in PECAM-1, a marker of BBB integrity. These data highlight how even short-duration spaceflight can disrupt human and murine physiology and identify spaceflight biomarkers that can guide countermeasure development.

Abstract Background The wide dynamic range of circulating proteins coupled with the diversity of proteoforms present in plasma has historically impeded comprehensive and quantitative characterization of the plasma proteome at scale. Automated nanoparticle (NP) protein corona-based proteomics workflows can efficiently compress the dynamic range of protein abundances into a mass spectrometry (MS)-accessible detection range. This enhances the depth and scalability of quantitative MS-based methods, which can elucidate the molecular mechanisms of biological processes, discover new protein biomarkers, and improve comprehensiveness of MS-based diagnostics. Methods Investigating multi-species spike-in experiments and a cohort, we investigated fold-change accuracy, linearity, precision, and statistical power for the using the Proteograph™ Product Suite, a deep plasma proteomics workflow, in conjunction with multiple MS instruments. Results We show that NP-based workflows enable accurate identification (false discovery rate of 1%) of more than 6,000 proteins from plasma (Orbitrap Astral) and, compared to a gold standard neat plasma workflow that is limited to the detection of hundreds of plasma proteins, facilitate quantification of more proteins with accurate fold-changes, high linearity, and precision. Furthermore, we demonstrate high statistical power for the discovery of biomarkers in small- and large-scale cohorts. Conclusions The automated NP workflow enables high-throughput, deep, and quantitative plasma proteomics investigation with sufficient power to discover new biomarker signatures with a peptide level resolution.