Het menselijk hart vertoont al na een maand in de ruimte tekenen van veroudering

Het menselijk hart vertoont al na een maand in de ruimte tekenen van veroudering

In de loop van slechts een maand in de ruimte verzwakte het door mensen vervaardigde hartweefsel, werden de 'slag'-patronen onregelmatig en vonden er moleculaire en genetische veranderingen plaats die de effecten van veroudering nabootsten. 1 De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

De studie biedt een bruikbare methode voor het identificeren van de moleculaire routes die verantwoordelijk zijn voor de schadelijke effecten van ruimtevluchten op het menselijk hart, zegt Joseph Wu, een cardioloog aan de Stanford University in Californië.

Microzwaartekracht kan het lichaam beschadigen, en astronauten die eraan werden blootgesteld, hebben cardiovasculaire veranderingen ervaren, zoals een onregelmatige hartslag. Het begrijpen van de effecten van langdurige ruimtemissies – die enkele maanden kunnen duren – en de moleculaire veranderingen die aan deze veranderingen ten grondslag liggen, zijn echter buiten bereik gebleven, legt co-auteur Deok-Ho Kim uit, een biomedisch ingenieur aan de Johns Hopkins Universiteit in Baltimore, Maryland. “Het is niet mogelijk om de verschillende moleculaire en functionele onderzoeken op menselijke astronauten uit te voeren”, zegt hij.

Een 'hart' op een chip

Om deze uitdaging het hoofd te bieden, stuurden Kim en zijn collega's ontworpen hartweefsel dat 30 dagen meegaat Internationaal ruimtestation (ISS).

Om het weefsel te ontwikkelen, introduceerden de onderzoekers door de mens geïnduceerde pluripotente stamcellen, die fungeren als blanco doeken en zich uitbreiden naar elk celtype. differentiëren, om zich te ontwikkelen tot menselijke hartspiercellen. Het team spande sets van zes stofmonsters tussen paren standaards. Eén paal in elk paar was flexibel, waardoor de patronen zich konden samentrekken als een kloppend hart. Het systeem, dat ze een hart-op-een-chip noemen, zat in een behuizing die ongeveer half zo groot was als een mobiele telefoon.

Toen het hart-op-een-chip-systeem eenmaal aan boord van het ISS was, gebruikten Kim en zijn collega's sensoren om de sterkte van de samentrekking en de kloppende patronen van het weefsel in realtime te volgen. Ter vergelijking volgden ze een andere reeks weefselmonsters die op aarde achterbleven.

Na twaalf dagen in het ISS was de contractiekracht van de weefsels met bijna de helft afgenomen, terwijl die van de grondpatronen relatief stabiel bleef. Deze verzwakking bleef zelfs na negen dagen herstel op aarde zichtbaar. In de ruimte werden de hartslagen van het weefsel in de loop van de tijd ook onregelmatiger, waarbij het interval tussen elke hartslag op dag 19 meer dan vervijfvoudigde. Deze onregelmatigheid verdween echter nadat de patronen terugkeerden naar de aarde. Dit suggereert dat NASA-astronauten Sunita Williams en Butch Wilmore – die maandenlang in het ISS waren gestrand vanwege technische problemen met het Starliner-ruimtevaartuig van Boeing – waarschijnlijk cardiovasculaire stress ervaren die mogelijk verdwijnt bij hun terugkeer naar de aarde, zegt Wu.

Genetische veranderingen

Nadat de weefsels uit de ruimte waren teruggekeerd, gebruikten Kim en zijn collega's transmissie-elektronenmicroscopie om naar de sarcomeren van de monsters te kijken - eiwitstrengen die verantwoordelijk zijn voor spiercontracties. Na een maand in een baan om de aarde waren deze eiwitbundels korter en rommeliger geworden vergeleken met de bundels die op de grond waren achtergebleven. De mitochondriën – de energieproducerende machines in de cellen – waren ook opgezwollen en gefragmenteerd.

Toen de onderzoekers het RNA van de weefselpatronen bepaalden, vonden ze een toename van de Expressie van genen en signaalroutes die verband houden met ontstekingen en hartziekten in de weefsels die zich in het ISS bevonden. Tegelijkertijd vertoonden genen die nodig zijn voor eiwitten die nodig zijn voor normale hartcontractie en mitochondriale functie tekenen van verminderde expressie.

Hoewel de hart-op-een-chip-benadering innovatief is, houdt deze geen rekening met andere belangrijke cardiovasculaire veranderingen die in het menselijk hart kunnen optreden, zoals druk in de slagaders, zegt Wu. Hij voegt er echter aan toe dat een soortgelijke opstelling nuttig zou kunnen zijn om te bestuderen hoe andere organen reageren onder microzwaartekracht en extreme stralingsniveaus. “Het vermogen van dit platform om te functioneren in microzwaartekracht terwijl de levensvatbaarheid van het weefsel behouden blijft, is een groot voordeel”, zegt hij.

Kim en zijn collega's zijn van plan extra hart- en orgaanweefsel voor langere tijd de ruimte in te sturen om de effecten van ruimtevluchten gedetailleerder te bestuderen. Ze hopen ook medicijnen te testen die enkele effecten van microzwaartekracht op het hart kunnen tegengaan.

1. Mair, D.B. et al. Proc. Nationale Acad. Wetenschap VS 121, e2404644121 (2024).

   Artikel
   
   Google Scholar

Referenties downloaden