Det mänskliga hjärtat visar tecken på åldrande efter bara en månad i rymden

Det mänskliga hjärtat visar tecken på åldrande efter bara en månad i rymden

Under loppet av bara en månad i rymden försvagades människors konstruerade hjärtvävnad, dess "slag"-mönster blev oregelbundna och molekylära och genetiska förändringar inträffade som efterliknade effekterna av åldrande. 1 Resultaten publicerades idag i Proceedings of the National Academy of Sciences.

Studien ger en användbar metod för att identifiera de molekylära vägarna som är ansvariga för rymdfärdens skadliga effekter på det mänskliga hjärtat, säger Joseph Wu, en kardiolog vid Stanford University i Kalifornien.

Mikrogravitation kan skada kroppen, och astronauter som utsätts för det har upplevt kardiovaskulära förändringar som oregelbundna hjärtslag. Men att förstå effekterna av långvariga rymduppdrag - som kan pågå i flera månader - och de molekylära förändringarna som ligger bakom dessa förändringar har förblivit utom räckhåll, förklarar studiens medförfattare Deok-Ho Kim, en biomedicinsk ingenjör vid Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. "Det är inte möjligt att göra de olika molekylära och funktionella studierna på mänskliga astronauter", säger han.

Ett "hjärta" på ett chip

För att övervinna denna utmaning skickade Kim och hans kollegor designad hjärtvävnad för att hålla i 30 dagar Internationella rymdstationen (ISS).

För att utveckla vävnaden introducerade forskarna mänskliga inducerade pluripotenta stamceller, som fungerar som tomma dukar och expanderar till varje celltyp skilja, för att utvecklas till mänskliga hjärtmuskelceller. Teamet sträckte upp uppsättningar med sex tygprover mellan par av stativ. En stolpe i varje par var flexibel, vilket tillät mönstren att dra ihop sig som ett bultande hjärta. Systemet, som de kallar ett hjärta-på-ett-chip, var inrymt i ett hölje ungefär hälften så stort som en mobiltelefon.

När hjärt-på-ett-chip-systemet var ombord på ISS använde Kim och hans kollegor sensorer för att övervaka styrkan i sammandragningen och vävnadens slagmönster i realtid. Som jämförelse övervakade de en annan uppsättning vävnadsprover som fanns kvar på jorden.

Efter 12 dagar på ISS hade sammandragningsstyrkan i vävnaderna minskat med nästan hälften, medan den för markmönstren förblev relativt stabil. Denna försvagning fortsatte att vara uppenbar även efter nio dagars återhämtning på jorden. I rymden blev vävnadens slag också mer oregelbundna med tiden, med intervallet mellan varje slag som ökade mer än femfaldigt på dag 19. Denna oregelbundenhet försvann dock efter att mönstren återvänt till jorden. Detta tyder på att NASA-astronauterna Sunita Williams och Butch Wilmore - som var strandsatta på ISS i månader på grund av tekniska problem med Boeings Starliner-rymdfarkoster - sannolikt upplever kardiovaskulär stress som kan lösa sig när de återvänder till jorden, säger Wu.

Genetiska förändringar

Efter att vävnaderna återvänt från rymden använde Kim och hans kollegor transmissionselektronmikroskopi för att titta på provernas sarkomerer - proteinsträngar som ansvarar för muskelsammandragningar. Efter en månad i omloppsbana hade dessa proteinknippen blivit kortare och stökigare jämfört med de som blivit kvar på marken. Mitokondrierna - de energiproducerande maskinerna i cellerna - var också svullna och fragmenterade.

När forskarna sekvenserade RNA av vävnadsmönstren, fann de en ökning av Uttryck av gener och signalvägar kopplade till inflammation och hjärtsjukdomar i vävnaderna som fanns på ISS. Samtidigt visade gener som krävs för proteiner nödvändiga för normal hjärtkontraktion och mitokondriell funktion tecken på minskat uttryck.

Även om hjärt-på-ett-chip-metoden är innovativ, fångar den inte upp andra viktiga kardiovaskulära förändringar som kan inträffa i det mänskliga hjärtat, såsom tryck i artärerna, säger Wu. Han tillägger dock att en liknande uppställning kan vara användbar för att studera hur andra organ reagerar under mikrogravitation och extrema strålningsnivåer. "Förmågan hos den här plattformen att fungera i mikrogravitation samtidigt som vävnadens livsduglighet bibehålls är en stor fördel", säger han.

Kim och hans kollegor planerar att skicka ytterligare hjärt- och organvävnad ut i rymden under längre perioder för att studera effekterna av rymdfärder mer i detalj. De hoppas också kunna testa läkemedel som kan motverka några av effekterna av mikrogravitation på hjärtat.

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

   Artikel
   
   Google Scholar

Ladda ner referenser