Sve dok ljudi putuju u svemir, astronauti su iskusili značajne zdravstvene efekte ekstremnih uslova svemirskog leta, posebno smanjenje gravitacije.
Dva naučnika iz Baka predvodili su tim koji je po prvi put otkrio kako nedostatak gravitacije utiče na ćelije imunog sistema u rezoluciji jedne ćelije. Ko-senior autori, zajedno sa Christopher E. Mason, Ph.D. Veill Cornell Medical College, vanredni profesor David Furman, dr. i vanredni profesor Daniel Viner, MD, objavili su opsežno istraživanje o tome kako gravitacija utiče na imune ćelije i identifikaciju „svemirskih nutrijenata“ da bi se suprotstavili aberantnim efektima mikrogravitacije na ove ćelije. Rad je objavljen u Nature Communications
„Pokazujemo kako simulirana mikrogravitacija oblikuje imune ćelije i kako promene u sili menjaju funkciju ćelija na nivou jedne ćelije“, rekao je Viner. „Ovaj nivo rezolucije je nov i uzbudljiv u razumevanju efekata mikrogravitacije na ćelije.“
Koristeći ćelije u simuliranoj mikrogravitaciji, u kombinaciji sa podacima iz svemirskih letova astronauta i miševa na Međunarodnoj svemirskoj stanici, istraživači su stvorili potpunu sliku o tome kako se različite ćelije imunog sistema u perifernoj krvi oblikuju smanjenom gravitacijom. Ove ćelije uključuju limfocite i monocite, koji su glavni igrači u imunitetu.
Studija ima potencijalne implikacije na imunološko starenje na Zemlji jer promene uočene tokom starenja liče na one uhvaćene tokom svemirskog putovanja.
Tim dodatno ocrtava put za identifikaciju jedinjenja koja mogu da preokrenu efekte bliske nulte gravitacije, i pokazuje da jedno od jedinjenja, kvercetin, obećava za ublažavanje štete izazvane svemirskim letovima i tokom normalnog starenja na zemlji.
„Naš rad pruža resurse za bolje razumevanje kako i zašto se imunološki sistem menja u simuliranoj mikrogravitaciji i svemirskim letovima“, rekao je Furman. „Takođe pružamo način za razvoj kontramera za održavanje normalnog imuniteta u ovim teškim uslovima.
Astronauti u niskoj Zemljinoj orbiti, kao što je na Međunarodnoj svemirskoj stanici, pate od problema sa imunološkim sistemom, posebno infekcija, latentnog reaktiviranja virusa i osetljivosti kože. Ove reakcije se javljaju čak i na kratkotrajnim svemirskim letovima.
Prethodne studije koje su koristile stvarne ili simulirane uslove mikrogravitacije otkrile su oštećenu funkciju različitih imunih ćelija. Međutim, fundamentalni mehanizmi, geni i putevi koji objašnjavaju imunološku disfunkciju u mikrogravitaciji uglavnom su bili nejasni, rekli su istraživači. Želeli su da razumeju šta se dešava na ćelijskom nivou kako bi objasnili promene.
Tim, predvođen prvim autorima studije Buckom, postdoktorskim istraživačem Fei Vuom, Ph.D. i diplomirani student Huikun Du, detaljno su ispitali kako 25 sati simulirane mikrogravitacije utiče na mononuklearni imuni sistem ljudske periferne krvi, koristeći uzorke od 27 zdravih davalaca ljudi između 20 i 46 godina.
Da bi simulirao okruženje gotovo bez gravitacije, tim je uzgajao ćelije unutar posude sa rotirajućim zidom, uređaja koji je razvila NASA da simulira uslove mikrogravitacije.
Da bi istražio promene izazvane smanjenom gravitacijom, tim je koristio brojne tehnike, uključujući sekvenciranje i mikroskopiju super rezolucije.
Potom su potvrdili svoje nalaze upoređujući svoje podatke sa drugim svemirskim studijama na ljudima i miševima, uključujući misiju JAKSA (studija bez ćelija epigenoma), misiju SpaceKs Inspiration 4, NASA-inu studiju o blizancima i slezine miševa smeštenih na Međunarodnoj svemirskoj stanici. .
„Interesantno je da se čini da promene u mehaničkim silama upravljaju funkcionisanjem imunoloških ćelija“, rekao je Viner, čije je interesovanje za proučavanje svemirske medicine naraslo tako što je ušao u novo polje mehanoimunologije, ili kako sile životne sredine utiču na funkciju imunih ćelija. Delovi astroimunologije su povezani sa mehanoimunologijom, ali se ona pokazuje kao nova oblast, rekao je on, otvarajući put ka boljem razumevanju kako da se pomogne imunološkom sistemu da preživi u svemiru.
Nakon što je otkrio nekoliko gena i biohemijskih puteva koji su pod uticajem mikrogravitacije, tim je želeo da vidi da li mogu da pronađu neke specifične lekove ili suplemente koji bi mogli da zaštite imune ćelije. Da bi im pomogli u potrazi, koristili su tehnologiju mašinskog učenja koju je razvio Furman u Bucku, a koja može otkriti više od 2 miliona interakcija između gena i različitih lekova i hrane.
Identifikovali su desetine potencijalnih jedinjenja i izabrali jedno, biljni pigment kvercetin (koji se često nalazi u crvenom luku, grožđu, bobičastom voću, jabuci i citrusnom voću između ostalog) za dalje istraživanje jer je široko dostupan kao antioksidans i dodatak protiv starenja. Ispostavilo se da je kvercetin preokrenuo oko 70 procenata promena izazvanih nedostatkom gravitacije i zaštitio ćelije od viška reaktivnih vrsta kiseonika.
„Ovi nalazi definišu obeležja promene imunoloških ćelija u simuliranoj mikrogravitaciji, sa korelacijom sa izloženošću svemirskim letovima kod miševa i ljudi“, rekao je Viner.
„Ovaj rad pomaže u definisanju puteva za buduća istraživanja u mehanoimunologiji i astroimunologiji i pruža mogućnosti za razvoj kontramera za održavanje normalne ćelijske funkcije u svemiru.“
Furman dodaje da ova publikacija postavlja standard za analizu fizioloških promena koje prate svemirska putovanja. „Ovo je prva sveobuhvatna studija koja naučnoj zajednici širom sveta pruža atlas za razumevanje ljudske biologije u ovom ekstremnom stanju“, kaže on.
„Implikacije su ogromne, izvan ljudi u svemiru“, dodaje on. Istraživači su uzbuđeni da istraže paralelne promene koje otkrivaju koje se dešavaju kod ljudi koji stare na terenu i da koriste to znanje za dizajniranje intervencija koje potencijalno mogu da preokrenu imunološku disfunkciju koja prati starenje“
