Il cuore umano mostra segni di invecchiamento dopo appena un mese nello spazio

Il cuore umano mostra segni di invecchiamento dopo appena un mese nello spazio

Nel corso di appena un mese nello spazio, il tessuto cardiaco ingegnerizzato dagli esseri umani si è indebolito, i suoi schemi di “battito” sono diventati irregolari e si sono verificati cambiamenti molecolari e genetici che imitavano gli effetti dell’invecchiamento. 1 I risultati sono stati pubblicati oggi negli Atti della National Academy of Sciences.

Lo studio fornisce un metodo utile per identificare i percorsi molecolari responsabili degli effetti deleteri del volo spaziale sul cuore umano, afferma Joseph Wu, cardiologo della Stanford University in California.

Microgravità può danneggiare il corpo e gli astronauti esposti ad esso hanno sperimentato cambiamenti cardiovascolari come battiti cardiaci irregolari. Tuttavia, comprendere gli effetti delle missioni spaziali di lunga durata – che possono durare diversi mesi – e i cambiamenti molecolari che sono alla base di tali cambiamenti sono rimasti fuori portata, spiega il coautore dello studio Deok-Ho Kim, un ingegnere biomedico della Johns Hopkins University di Baltimora, nel Maryland. "Non è possibile fare i vari studi molecolari e funzionali sugli astronauti umani", dice.

Un "cuore" su un chip

Per superare questa sfida, Kim e i suoi colleghi hanno inviato tessuto cardiaco progettato per durare 30 giorni Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

Per sviluppare il tessuto, i ricercatori hanno introdotto cellule staminali pluripotenti indotte dall’uomo, che agiscono come tele bianche e si espandono in ogni tipo di cellula differenziare, per svilupparsi in cellule del muscolo cardiaco umano. Il team ha allungato serie di sei campioni di tessuto tra coppie di supporti. Un palo in ciascuna coppia era flessibile, consentendo ai modelli di contrarsi come un cuore che batte. Il sistema, che chiamano cuore su chip, era alloggiato in un involucro grande circa la metà di un telefono cellulare.

Una volta che il sistema cuore su chip è stato a bordo della ISS, Kim e i suoi colleghi hanno utilizzato sensori per monitorare la forza della contrazione e gli schemi di battito del tessuto in tempo reale. Per fare un confronto, hanno monitorato un’altra serie di campioni di tessuto rimasti sulla Terra.

Dopo 12 giorni sulla ISS, la forza di contrazione dei tessuti era diminuita di quasi la metà, mentre quella del terreno era rimasta relativamente stabile. Questo indebolimento ha continuato ad essere evidente anche dopo nove giorni di recupero sulla Terra. Nello spazio, anche i battiti del tessuto sono diventati più irregolari nel tempo, con l’intervallo tra ciascun battito aumentato di oltre cinque volte il giorno 19. Tuttavia, questa irregolarità è scomparsa dopo che i modelli sono tornati sulla Terra. Ciò suggerisce che gli astronauti della NASA Sunita Williams e Butch Wilmore – che sono rimasti bloccati sulla ISS per mesi a causa di problemi tecnici con la navicella spaziale Starliner della Boeing – stanno probabilmente sperimentando uno stress cardiovascolare che potrebbe risolversi al loro ritorno sulla Terra, dice Wu.

Cambiamenti genetici

Dopo che i tessuti sono tornati dallo spazio, Kim e i suoi colleghi hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione per osservare i sarcomeri dei campioni, filamenti proteici responsabili delle contrazioni muscolari. Dopo un mese in orbita, questi fasci di proteine ​​erano diventati più corti e disordinati rispetto a quelli rimasti a terra. Anche i mitocondri, le macchine che producono energia nelle cellule, erano gonfi e frammentati.

Quando i ricercatori hanno sequenziato l'RNA dei modelli tissutali, hanno riscontrato un aumento dell'RNA Espressione dei geni e vie di segnalazione legate all’infiammazione e alle malattie cardiache nei tessuti che si trovavano sulla ISS. Allo stesso tempo, i geni necessari per le proteine ​​necessarie per la normale contrazione cardiaca e la funzione mitocondriale hanno mostrato segni di ridotta espressione.

Sebbene l’approccio “heart-on-a-chip” sia innovativo, non cattura altri importanti cambiamenti cardiovascolari che possono verificarsi nel cuore umano, come la pressione nelle arterie, afferma Wu. Tuttavia, aggiunge che una configurazione simile potrebbe essere utile per studiare come altri organi rispondono in condizioni di microgravità e livelli estremi di radiazioni. "La capacità di questa piattaforma di funzionare in condizioni di microgravità mantenendo la vitalità dei tessuti è un grande vantaggio", afferma.

Kim e i suoi colleghi progettano di inviare nello spazio ulteriori tessuti cardiaci e di organi per periodi di tempo più lunghi per studiare gli effetti del volo spaziale in modo più dettagliato. Sperano anche di testare farmaci in grado di contrastare alcuni degli effetti della microgravità sul cuore.

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

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