Menneskets hjerte viser tegn på aldring etter bare en måned i verdensrommet

Menneskets hjerte viser tegn på aldring etter bare en måned i verdensrommet

I løpet av bare en måned i verdensrommet ble menneskers konstruerte hjertevev svekket, dets "slag"-mønstre ble uregelmessige, og det skjedde molekylære og genetiske endringer som etterlignet effekten av aldring. 1 Resultatene ble publisert i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Studien gir en nyttig metode for å identifisere de molekylære banene som er ansvarlige for de skadelige effektene av romfart på det menneskelige hjertet, sier Joseph Wu, en kardiolog ved Stanford University i California.

Mikrogravitasjon kan skade kroppen, og astronauter som er utsatt for det har opplevd kardiovaskulære endringer som uregelmessige hjerteslag. Forståelse av effektene av langvarige romoppdrag - som kan vare i flere måneder - og de molekylære endringene som ligger til grunn for disse endringene har imidlertid holdt seg utenfor rekkevidde, forklarer studiemedforfatter Deok-Ho Kim, en biomedisinsk ingeniør ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. "Det er ikke mulig å gjøre de forskjellige molekylære og funksjonelle studiene på menneskelige astronauter," sier han.

Et "hjerte" på en brikke

For å overvinne denne utfordringen sendte Kim og kollegene designet hjertevev for å vare i 30 dager Den internasjonale romstasjonen (ISS).

For å utvikle vevet introduserte forskerne menneskeinduserte pluripotente stamceller, som fungerer som tomme lerreter og utvider seg til hver celletype differensiere, for å utvikle seg til menneskelige hjertemuskelceller. Teamet strakte sett med seks stoffprøver mellom par av stativer. En stolpe i hvert par var fleksibel, slik at mønstrene kunne trekke seg sammen som et bankende hjerte. Systemet, som de kaller en hjerte-på-en-brikke, var plassert i et deksel omtrent halvparten av størrelsen på en mobiltelefon.

Når hjerte-på-en-brikke-systemet var ombord på ISS, brukte Kim og kollegene sensorer for å overvåke styrken til sammentrekningen og slagmønstrene til vevet i sanntid. Til sammenligning overvåket de et annet sett med vevsprøver som ble igjen på jorden.

Etter 12 dager på ISS var sammentrekningsstyrken til vevet redusert med nesten halvparten, mens grunnmønsteret holdt seg relativt stabilt. Denne svekkelsen fortsatte å være tydelig selv etter ni dager med bedring på jorden. I verdensrommet ble også vevets slag mer uregelmessige over tid, og intervallet mellom hvert slag økte mer enn femdoblet på dag 19. Denne uregelmessigheten forsvant imidlertid etter at mønstrene kom tilbake til jorden. Dette antyder at NASA-astronautene Sunita Williams og Butch Wilmore - som var strandet på ISS i flere måneder på grunn av tekniske problemer med Boeings Starliner-romfartøy - sannsynligvis opplever kardiovaskulær stress som kan løse seg når de kommer tilbake til jorden, sier Wu.

Genetiske endringer

Etter at vevene kom tilbake fra verdensrommet, brukte Kim og kollegene transmisjonselektronmikroskopi for å se på prøvenes sarkomerer - proteintråder som er ansvarlige for muskelsammentrekninger. Etter en måned i bane var disse proteinbuntene blitt kortere og rotete sammenlignet med de som hadde blitt liggende på bakken. Mitokondriene – de energiproduserende maskinene i cellene – var også hovne og fragmenterte.

Da forskerne sekvenserte RNA til vevsmønstrene, fant de en økning i Uttrykk av gener og signalveier knyttet til betennelse og hjertesykdom i vevene som var på ISS. Samtidig viste gener som kreves for proteiner som er nødvendige for normal hjertekontraksjon og mitokondriefunksjon tegn på redusert uttrykk.

Selv om hjerte-på-en-chip-tilnærmingen er nyskapende, fanger den ikke opp andre viktige kardiovaskulære endringer som kan oppstå i det menneskelige hjertet, for eksempel trykk i arteriene, sier Wu. Han legger imidlertid til at et lignende oppsett kan være nyttig for å studere hvordan andre organer reagerer under mikrogravitasjon og ekstreme strålingsnivåer. "Evnen til denne plattformen til å fungere i mikrogravitasjon samtidig som vevet opprettholdes er en stor fordel," sier han.

Kim og kollegene hans planlegger å sende ekstra hjerte- og organvev ut i verdensrommet i lengre perioder for å studere effekten av romfart mer detaljert. De håper også å teste medisiner som kan motvirke noen av effektene av mikrogravitasjon på hjertet.

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

   Artikkel
   
   Google Scholar

Last ned referanser