Ludzkie serce wykazuje oznaki starzenia już po miesiącu spędzonym w kosmosie

Ludzkie serce wykazuje oznaki starzenia już po miesiącu spędzonym w kosmosie

W ciągu zaledwie miesiąca w przestrzeni kosmicznej sztuczna tkanka serca człowieka osłabiła się, wzorce „bicia” stały się nieregularne i nastąpiły zmiany molekularne i genetyczne imitujące skutki starzenia. 1 Wyniki opublikowano dzisiaj w Proceedings of the National Academy of Sciences.

Badanie dostarcza użytecznej metody identyfikacji szlaków molekularnych odpowiedzialnych za szkodliwy wpływ lotów kosmicznych na ludzkie serce, mówi Joseph Wu, kardiolog z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii.

Mikrograwitacja może zaszkodzić organizmowi, a narażeni na nie astronauci doświadczyli zmian sercowo-naczyniowych, takich jak nieregularne bicie serca. Jednak zrozumienie skutków długotrwałych misji kosmicznych – które mogą trwać kilka miesięcy – oraz zmian molekularnych leżących u podstaw tych zmian pozostaje poza zasięgiem, wyjaśnia współautor badania Deok-Ho Kim, inżynier biomedyczny na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore w stanie Maryland. „Nie jest możliwe przeprowadzenie różnych badań molekularnych i funkcjonalnych na ludzkich astronautach” – mówi.

„Serce” na chipie

Aby stawić czoła temu wyzwaniu, Kim i jego współpracownicy wysłali zaprojektowaną tkankę serca, która miała wystarczyć na 30 dni Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS).

Aby opracować tkankę, naukowcy wprowadzili indukowane przez człowieka pluripotencjalne komórki macierzyste, które działają jak czyste płótno i rozszerzają się do każdego rodzaju komórek różnicować, aby rozwinąć się w ludzkie komórki mięśnia sercowego. Zespół rozciągnął zestawy sześciu próbek tkanin pomiędzy parami stojaków. Jeden słupek w każdej parze był elastyczny, dzięki czemu wzory kurczyły się jak bijące serce. System, który nazywają „sercem na chipie”, mieścił się w obudowie mniej więcej o połowę mniejszej niż telefon komórkowy.

Gdy system „serce na chipie” znalazł się na pokładzie ISS, Kim i jego współpracownicy wykorzystali czujniki do monitorowania siły skurczu i rytmu pracy tkanki w czasie rzeczywistym. Dla porównania monitorowali inny zestaw próbek tkanek, który pozostał na Ziemi.

Po 12 dniach na ISS siła skurczu tkanek spadła prawie o połowę, podczas gdy siła wzorców podłoża pozostała stosunkowo stabilna. To osłabienie było nadal widoczne nawet po dziewięciu dniach powrotu do zdrowia na Ziemi. W przestrzeni kosmicznej uderzenia tkanki również stawały się z biegiem czasu coraz bardziej nieregularne, a przerwa między każdym uderzeniem wzrosła ponad pięciokrotnie w dniu 19. Jednak ta nieregularność zniknęła po powrocie wzorców na Ziemię. Sugeruje to, że astronauci NASA, Sunita Williams i Butch Wilmore, którzy utknęli na ISS od miesięcy z powodu problemów technicznych ze statkiem kosmicznym Starliner Boeinga, prawdopodobnie doświadczają stresu sercowo-naczyniowego, który może ustąpić po powrocie na Ziemię, mówi Wu.

Zmiany genetyczne

Po powrocie tkanek z kosmosu Kim i jego współpracownicy wykorzystali transmisyjną mikroskopię elektronową, aby przyjrzeć się sarkomerom próbek – niciom białkowym odpowiedzialnym za skurcze mięśni. Po miesiącu przebywania na orbicie wiązki białek stały się krótsze i bardziej niechlujne w porównaniu do tych, które pozostały na ziemi. Mitochondria – maszyny wytwarzające energię w komórkach – również uległy spuchnięciu i fragmentacji.

Kiedy naukowcy zsekwencjonowali RNA wzorów tkanek, odkryli wzrost Ekspresja genów oraz szlaki sygnałowe powiązane ze stanami zapalnymi i chorobami serca w tkankach znajdujących się na ISS. Jednocześnie geny niezbędne do budowy białek niezbędnych do prawidłowego skurczu serca i funkcjonowania mitochondriów wykazywały oznaki zmniejszonej ekspresji.

Chociaż podejście „serce na chipie” jest innowacyjne, nie uwzględnia innych ważnych zmian sercowo-naczyniowych, które mogą wystąpić w ludzkim sercu, takich jak ciśnienie w tętnicach, mówi Wu. Dodaje jednak, że podobna konfiguracja może być przydatna do badania reakcji innych narządów w warunkach mikrograwitacji i ekstremalnych poziomów promieniowania. „Zdolność tej platformy do działania w warunkach mikrograwitacji przy jednoczesnym zachowaniu żywotności tkanek jest główną zaletą” – mówi.

Kim i jego współpracownicy planują wysłać w przestrzeń kosmiczną dodatkowe tkanki serca i narządów na dłuższe okresy, aby dokładniej zbadać skutki lotów kosmicznych. Mają także nadzieję przetestować leki, które będą w stanie przeciwdziałać niektórym skutkom mikrograwitacji na serce.

1. Mair, D.B. i in. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 121, e2404644121 (2024).

   Artykuł
   
   Scholar Google

Pobierz referencje