Naučnici Johns Hopkins medicine koji su dogovorili da 48 ljudskih bioinženjerskih uzoraka srčanog tkiva provedu 30 dana na Međunarodnoj svemirskoj stanici izvještavaju dokaze da su uslovi niske gravitacije u svemiru oslabili tkiva i poremetili njihov normalan ritmički otkucaj u poređenju sa uzorcima vezanim za Zemlju iz istog izvor.
Naučnici su rekli da srčana tkiva „zaista ne prolaze dobro u svemiru“, a vremenom su tkiva na svemirskoj stanici tukla otprilike upola jače od tkiva iz istog izvora koji se čuvaju na Zemlji.
Nalazi, kažu, proširuju znanje naučnika o potencijalnim efektima niske gravitacije na opstanak i zdravlje astronauta tokom dugih svemirskih misija i mogu poslužiti kao modeli za proučavanje starenja srčanog mišića i terapije na Zemlji.
Izveštaj naučnika o analizi tkiva objavljen je u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka.
Prethodne studije su pokazale da se neki astronauti vraćaju na Zemlju iz svemira sa uslovima vezanim za uzrast, uključujući smanjenu funkciju srčanog mišića i aritmije (nepravilne otkucaje srca), i da se neki – ali ne svi – efekti nestaju tokom vremena nakon povratka.
Ali naučnici su tražili načine da prouče takve efekte na ćelijskom i molekularnom nivou u pokušaju da pronađu načine da astronauti budu bezbedni tokom dugih svemirskih letova, kaže dr Deok-Ho Kim, profesor biomedicinskog inženjerstva i medicine na Džons Medicinski fakultet Univerziteta Hopkins. Kim je vodio projekat slanja srčanog tkiva u svemirsku stanicu.
Da bi stvorio srčano opterećenje, naučnik Džonatan Cui, dr. podstakao ljude indukovane pluripotentne matične ćelije (iPSC) da se razviju u ćelije srčanog mišića (kardiomiocite). Tsui, koji je bio dr. student u Kimovoj laboratoriji na Univerzitetu u Vašingtonu, pratio je Kim kao postdoktorand kada se Kim preselila na Univerzitet Džon Hopkins 2019. Nastavili su istraživanje svemirske biologije na Džons Hopkinsu.
Tsui je zatim stavio tkiva u bioinženjering, minijaturizovani čip tkiva koji povezuje tkiva između dva stuba kako bi prikupio podatke o tome kako se tkiva tuku (kontrahuju). 3D kućište ćelija je dizajnirano da oponaša okruženje srca odraslog čoveka u komori upola manjoj od mobilnog telefona.
Da bi ukrcao tkiva u misiju SpaceKs CRS-20, koja je lansirana u martu 2020. za svemirsku stanicu, Tsui kaže da je morao ručno da nosi komore za tkivo u avionu za Floridu i da nastavi da brine o tkivima mesec dana u svemirski centar Kenedi. Tsui je sada naučnik u Tenaia Therapeutics, kompaniji fokusiranoj na prevenciju i lečenje srčanih bolesti.
Kada su tkiva bila na svemirskoj stanici, naučnici su dobijali podatke u realnom vremenu u trajanju od 10 sekundi svakih 30 minuta o snazi kontrakcije ćelija, poznatoj kao sile trzanja, i o bilo kakvim nepravilnim obrascima otkucaja. Astronaut Džesika Meir, dr, mr. promenio tečne hranljive materije koje okružuju tkiva jednom nedeljno i sačuvao tkiva u određenim intervalima za kasnije očitavanje gena i analize slika.
Istraživački tim je zadržao skup srčanih tkiva razvijenih na isti način na Zemlji, smeštenih u istu vrstu komore, radi poređenja sa tkivima u svemiru.
Kada su se komore za tkivo vratile na Zemlju, Cui je nastavio da održava i prikuplja podatke iz tkiva.
„Neverovatna količina najsavremenije tehnologije u oblastima matičnih ćelija i inženjeringa tkiva, biosenzora i bioelektronike i mikrofabrikacije je uložena u obezbeđivanje održivosti ovih tkiva u svemiru“, kaže Kim, čiji je tim razvio čip tkiva za ovaj projekat i narednih.
Devin Mair, dr, bivši dr. student u Kimovoj laboratoriji i sada postdoktorski saradnik na Džons Hopkinsu, a zatim je analizirao sposobnost tkiva da se kontrahuje.
Pored gubitka snage, tkiva srčanog mišića u svemiru razvila su nepravilne otkucaje (aritmije) — poremećaje koji mogu uzrokovati otkazivanje ljudskog srca. Normalno, vreme između jednog otkucaja srčanog tkiva i sledećeg je oko sekunde. Ova mera, u tkivima na svemirskoj stanici, porasla je skoro pet puta duža od onih na Zemlji, iako se vreme između otkucaja vratilo skoro na normalu kada su se tkiva vratila na Zemlju.
Naučnici su takođe otkrili, u tkivima koja su otišla u svemir, da su sarkomeri – proteinski snopovi u mišićnim ćelijama koji im pomažu da se kontrahuju – postali kraći i neuređeniji, što je obeležje ljudskih srčanih bolesti.
Pored toga, mitohondrije koje proizvode energiju u ćelijama vezanim za prostor su postale veće, zaokružene i izgubile karakteristične nabore koji pomažu ćelijama da koriste i proizvode energiju.
Konačno, Mair, Eun Hiun An, dr—docent istraživač biomedicinskog inženjerstva—i Zhipeng Dong, dr Johns Hopkins. student, proučavao očitavanje gena u tkivima smeštenim u svemiru i na Zemlji. Tkiva na svemirskoj stanici su pokazala povećanu proizvodnju gena uključenih u upalu i oksidativno oštećenje, takođe obeležje srčanih bolesti.
„Mnogi od ovih markera oksidativnog oštećenja i upale se dosledno pokazuju u proverama astronauta posle leta“, kaže Mair.
Kimova laboratorija poslala je drugu seriju 3D projektovanih srčanih tkiva u svemirsku stanicu 2023. godine kako bi pregledali lekove koji mogu zaštititi ćelije od efekata niske gravitacije. Ova studija je u toku, a prema naučnicima, ovi isti lekovi mogu pomoći ljudima da održe funkciju srca dok stare.
Naučnici nastavljaju da poboljšavaju svoj sistem „tkiva na čipu“ i proučavaju efekte zračenja na srčana tkiva u NASA Laboratoriji za svemirsko zračenje. Svemirska stanica je u niskoj Zemljinoj orbiti, gde magnetno polje planete štiti stanare od većine efekata svemirskog zračenja.
