Det menneskelige hjerte viser tegn på aldring efter blot en måned i rummet

Det menneskelige hjerte viser tegn på aldring efter blot en måned i rummet

I løbet af blot en måned i rummet blev menneskers konstruerede hjertevæv svækket, dets "slag"-mønstre blev uregelmæssige, og der skete molekylære og genetiske ændringer, der efterlignede virkningerne af aldring. 1 Resultaterne blev offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Undersøgelsen giver en nyttig metode til at identificere de molekylære veje, der er ansvarlige for de skadelige virkninger af rumflyvning på det menneskelige hjerte, siger Joseph Wu, en kardiolog ved Stanford University i Californien.

Mikrotyngdekraft kan skade kroppen, og astronauter, der er udsat for det, har oplevet kardiovaskulære forandringer såsom uregelmæssige hjerteslag. Forståelse af virkningerne af langvarige rummissioner - som kan vare flere måneder - og de molekylære ændringer, der ligger til grund for disse ændringer, er dog forblevet uden for rækkevidde, forklarer studiemedforfatter Deok-Ho Kim, en biomedicinsk ingeniør ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. "Det er ikke muligt at lave de forskellige molekylære og funktionelle undersøgelser af menneskelige astronauter," siger han.

Et 'hjerte' på en chip

For at overvinde denne udfordring sendte Kim og hans kolleger designet hjertevæv til at holde i 30 dage International Rumstation (ISS).

For at udvikle vævet introducerede forskerne menneskeinducerede pluripotente stamceller, som fungerer som tomme lærreder og udvider sig til hver celletype differentiere, at udvikle sig til menneskelige hjertemuskelceller. Holdet strakte sæt af seks stofprøver mellem par stativer. En stolpe i hvert par var fleksibel, hvilket tillod mønstrene at trække sig sammen som et bankende hjerte. Systemet, som de kalder et hjerte-på-en-chip, var anbragt i et kabinet, der var omtrent halvt så stort som en mobiltelefon.

Da hjerte-på-en-chip-systemet var ombord på ISS, brugte Kim og hans kolleger sensorer til at overvåge styrken af ​​sammentrækningen og vævets slagmønstre i realtid. Til sammenligning overvågede de et andet sæt vævsprøver, der forblev på Jorden.

Efter 12 dage på ISS var kontraktionsstyrken af ​​vævene faldet med næsten det halve, mens jordmønstret forblev relativt stabilt. Denne svækkelse fortsatte med at være tydelig selv efter ni dages bedring på Jorden. I rummet blev vævets slag også mere uregelmæssige over tid, hvor intervallet mellem hvert slag blev mere end femdoblet på dag 19. Denne uregelmæssighed forsvandt dog, efter at mønstrene vendte tilbage til Jorden. Dette tyder på, at NASA-astronauterne Sunita Williams og Butch Wilmore - som var strandet på ISS i flere måneder på grund af tekniske problemer med Boeings Starliner-rumfartøjer - sandsynligvis oplever kardiovaskulær stress, der kan løse sig ved deres tilbagevenden til Jorden, siger Wu.

Genetiske ændringer

Efter at vævene vendte tilbage fra rummet, brugte Kim og hans kolleger transmissionselektronmikroskopi til at se på prøvernes sarkomerer - proteinstrenge, der er ansvarlige for muskelsammentrækninger. Efter en måned i kredsløb var disse proteinbundter blevet kortere og rodere sammenlignet med dem, der var blevet på jorden. Mitokondrierne - de energiproducerende maskiner i celler - var også hævede og fragmenterede.

Da forskerne sekventerede RNA'et i vævsmønstrene, fandt de en stigning i Ekspression af gener og signalveje forbundet med inflammation og hjertesygdomme i vævene, der var på ISS. Samtidig viste gener, der kræves for proteiner, der er nødvendige for normal hjertekontraktion og mitokondriefunktion, tegn på reduceret ekspression.

Selvom hjerte-på-en-chip-tilgangen er innovativ, fanger den ikke andre vigtige kardiovaskulære ændringer, der kan forekomme i det menneskelige hjerte, såsom tryk i arterierne, siger Wu. Han tilføjer dog, at en lignende opsætning kunne være nyttig til at studere, hvordan andre organer reagerer under mikrotyngdekraft og ekstreme strålingsniveauer. "Denne platforms evne til at fungere i mikrotyngdekraft og samtidig opretholde vævslevedygtighed er en stor fordel," siger han.

Kim og hans kolleger planlægger at sende yderligere hjerte- og organvæv ud i rummet i længere perioder for at studere virkningerne af rumflyvning mere detaljeret. De håber også at teste lægemidler, der kan modvirke nogle af virkningerne af mikrogravitation på hjertet.

1. Mair, D.B. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 121, e2404644121 (2024).

   Artikel
   
   Google Scholar

Download referencer