Nije tajna da provođenje dužeg perioda u svemiru utiče na ljudsko telo.
Godinama, NASA i druge svemirske agencije istražuju efekte mikrogravitacije na ljude, životinje i biljke na Međunarodnoj svemirskoj stanici (ISS).
Dosadašnja istraživanja su pokazala da boravak u svemiru duži period dovodi do atrofije mišića, gubitka gustine kostiju, promena vida, ekspresije gena i psiholoških problema.
Poznavanje ovih efekata i načina njihovog ublažavanja je od suštinskog značaja s obzirom na naše buduće ciljeve istraživanja svemira, koji uključuju dugotrajne misije na Mesec, Mars i dalje.
Međutim, prema nedavnom eksperimentu koji su vodili istraživači sa Univerziteta Džons Hopkins i podržan od NASA-inog svemirskog centra Džonson, čini se da ni srčana tkiva „zaista ne rade dobro u svemiru“.
Eksperiment se sastojao od 48 uzoraka ljudskog bioinženjeringa srčanog tkiva koji su poslati na ISS tokom 30 dana.
Kako navode u svom radu, eksperiment pokazuje da izlaganje mikrogravitaciji slabi srčano tkivo i slabi njegovu sposobnost održavanja ritmičkih otkucaja. Ovi rezultati ukazuju da se moraju preduzeti dodatne mere kako bi se osiguralo da ljudi mogu da održe svoje kardiovaskularno zdravlje u svemiru.
Studiju su vodili Deok-Ho Kim i njegove kolege sa Odeljenja za biomedicinsko inženjerstvo na Univerzitetu Džon Hopkins (BME-JHU) i JHU Centra za mikrofiziološke sisteme.
Pridružili su im se istraživači sa UC Boulder’s Ann and HJ Smead Department of Aerospace Engineering Sciences, Instituta za matične ćelije i regenerativnu medicinu (ISCRM) i Centra za kardiovaskularnu biologiju Univerziteta u Vašingtonu, Stenfordski institut za matične ćelije i regenerativnu medicinu , BioServe Space Technologies i NASA-in svemirski centar Džonson.
Rad koji detaljno opisuje njihove nalaze objavljen je juče (23. septembra) u Proceedings of the National Academi of Sciences.
Prethodna istraživanja su pokazala da astronauti koji se vraćaju na Zemlju sa ISS-a pate od bezbroj zdravstvenih efekata u skladu sa određenim stanjima vezanim za uzrast, uključujući smanjenu funkciju srčanog mišića i nepravilne otkucaje srca (aritmije), od kojih će većina nestati tokom vremena.
Međutim, nijedno od ovih istraživanja nije se bavilo onim što se dešava na ćelijskom i molekularnom nivou. Da bi saznali više o ovim efektima i kako da ih ublaže, Kim i njegove kolege su poslali automatizovanu platformu „srce na čipu“ na ISS na proučavanje.
Da bi stvorio ovo opterećenje, tim se oslanjao na pluripotentne matične ćelije izazvane ljudima (iPSC), koje mogu postati mnoge vrste ćelija, da bi proizvele kardiomiocite (ćelije srčanog mišića). Ova rezultujuća tkiva su smeštena u minijaturizovani bioinženjerski čip tkiva dizajniran da oponaša okruženje srca odraslog čoveka.
Čipovi bi zatim prikupljali podatke o tome kako će se tkiva ritmički skupljati, imitirajući otkucaje srca. Jedan set biočipova lansiran je na misiji SpaceKs CRS-20 na ISS u martu 2020. godine, dok je drugi zadržan na Zemlji kao kontrolna grupa.
Jednom na ISS-u, astronaut Džesika Meir vodila je eksperiment, menjajući tečne hranljive materije koje okružuju tkiva jednom nedeljno, dok je uzorke tkiva čuvala u određenim intervalima kako bi očitavanje gena i analize slika mogle da se sprovedu po povratku na Zemlju.
U međuvremenu, eksperiment je slao podatke u realnom vremenu nazad na Zemlju svakih 30 minuta (po 10 sekundi) o kontrakcijama uzoraka tkiva i svim nepravilnim obrascima otkucaja (aritmije).
„Neverovatna količina najsavremenije tehnologije u oblastima inženjeringa matičnih ćelija i tkiva, biosenzora i bioelektronike i mikrofabrikacije uložena je u obezbeđivanje održivosti ovih tkiva u svemiru“, rekao je Kim u nedavnom saopštenju Hub-a.
Kada su se komore za tkivo vratile na Zemlju, on i njegove kolege su nastavili da održavaju i prikupljaju podatke iz uzoraka kako bi videli da li je došlo do promene u njihovim sposobnostima da se kontrahuju. Pored gubitka snage, mišićno tkivo je razvilo aritmije, u skladu sa srčanim stanjima vezanim za uzrast.
U zdravom ljudskom srcu, vreme između otkucaja je oko sekunde, dok su uzorci tkiva trajali skoro pet puta duže – iako su se vratili u skoro normalne vrednosti kada su se vratili na Zemlju.
Tim je dalje otkrio da su proteinski snopovi ćelija tkiva koji im pomažu da se kontrahuju (sarkomere) kraći i neuređeniji od onih u kontrolnoj grupi, što je još jedan simptom srčanih bolesti.
Štaviše, mitohondrije u uzorcima tkiva su postale veće i okrugle i izgubile su karakteristične nabore koji im pomažu da proizvode i koriste energiju.
Najzad, očitavanje gena u tkivima pokazalo je povećanu proizvodnju gena u vezi sa upalom i neravnotežom slobodnih radikala i antioksidanata (oksidativni stres).
Ovo nije samo u skladu sa srčanim oboljenjima vezanim za starenje, već je i dosledno demonstrirano u proverama astronauta posle leta. Tim kaže da ova otkrića proširuju naše naučno znanje o potencijalnim efektima mikrogravitacije na ljudsko zdravlje u svemiru i mogu takođe unaprediti proučavanje starenja srčanog mišića i terapije na Zemlji.
Godine 2023, Kimova laboratorija je nastavila sa ovim eksperimentom tako što je poslala drugu seriju uzoraka tkiva na ISS da testira lekove koji bi mogli da pomognu u zaštiti srčanih mišića od efekata mikrogravitacije i pomognu ljudima da održe funkciju srca dok stare.
U međuvremenu, tim nastavlja da poboljšava svoj sistem tkiva na čipu i udružio se sa NASA-inom laboratorijom za svemirsko zračenje kako bi proučavao efekte svemirskog zračenja na srčane mišiće.
Ovi testovi će proceniti pretnju koju sunčevi i kosmički zraci predstavljaju za kardiovaskularno zdravlje izvan niske orbite Zemlje (LEO), gde Zemljino magnetno polje štiti od većine svemirskog zračenja.
