Не секрет, что длительное пребывание в космосе оказывает негативное воздействие на организм человека. В течение многих лет NASA и другие космические агентства исследовали влияние микрогравитации на людей, животных и растения на борту Международной космической станции (МКС). На сегодняшний день исследования показали, что длительное пребывание в космосе приводит к атрофии мышц, потере плотности костей, изменению зрения, экспрессии генов и психологическим проблемам. Подробностями поделилось издание Universe Today.
Источник изображения: pixabay.com
Знание этих эффектов и способов их смягчения крайне важно, учитывая будущие цели по исследованию космоса, включающие длительные миссии на Луну, Марс и дальше. Однако, согласно недавнему эксперименту, проведенному исследователями из Университета Джонса Хопкинса и поддержанному Космическим центром имени Джонсона NASA, похоже, что сердечные ткани «на самом деле не очень хорошо себя чувствуют в космосе». Эксперимент заключался в отправке на МКС на 30 дней 48 образцов биоинженерной сердечной ткани человека.
Как они указывают в своей статье, эксперимент демонстрирует, что воздействие микрогравитации ослабляет сердечную ткань и снижает ее способность поддерживать ритмичные сокращения. Эти результаты указывают на необходимость принятия дополнительных мер для обеспечения того, чтобы люди могли поддерживать здоровье своей сердечно-сосудистой системы в космосе. Исследование проводилось под руководством Деок-Хо Кима и его коллег с кафедры биомедицинской инженерии Университета Джонса Хопкинса (BME-JHU) и Центра микрофизиологических систем JHU.
К ним присоединились исследователи из кафедры аэрокосмической инженерии имени Энн и Х. Дж. Смид Калифорнийского университета в Боулдере, Института стволовых клеток и регенеративной медицины (ISCRM) и Центра сердечно-сосудистой биологии Вашингтонского университета, Стэнфордского института стволовых клеток и регенеративной медицины, BioServe Space Technologies и Космического центра имени Джонсона НАСА.
Предыдущие исследования показали, что астронавты, возвращающиеся на Землю с МКС, страдают от множества проблем со здоровьем, связанных с определенными возрастными состояниями, включая снижение функции сердечной мышцы и нерегулярное сердцебиение (аритмию), большинство из которых со временем исчезнут. Однако ни одно из этих исследований не затрагивало то, что происходит на клеточном и молекулярном уровне. Чтобы узнать больше об этих эффектах и способах их смягчения, Ким и его коллеги отправили на МКС для изучения автоматизированную платформу «сердце на чипе».
Источник изображения: pixabay.com
Для создания этой полезной нагрузки команда использовала человеческие плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые могут превращаться во многие типы клеток, для производства кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы). Полученные ткани были помещены в миниатюрный биоинженерный тканевой чип, разработанный для имитации среды сердца взрослого человека. Затем чипы будут собирать данные о том, как ритмично сокращаются ткани, имитируя биение сердца. Один набор биочипов был запущен на борту миссии SpaceX CRS-20 на МКС в марте 2020 года, а другой оставался на Земле в качестве контрольной группы.
Находясь на МКС, астронавт Джессика Меир следила за ходом эксперимента, меняя жидкие питательные вещества, окружающие ткани, раз в неделю и сохраняя образцы тканей через определенные промежутки времени, чтобы можно было провести считывание генов и анализ изображений по возвращении на Землю. Тем временем в ходе эксперимента на Землю каждые 30 минут (по 10 секунд за раз) отправлялись данные в режиме реального времени о сокращениях образцов тканей и любых нерегулярных ритмах сердцебиения (аритмиях).
«Невероятное количество передовых технологий в области инженерии стволовых клеток и тканей, биосенсоров и биоэлектроники, а также микропроизводства было использовано для обеспечения жизнеспособности этих тканей в космосе», — сказал Ким в недавнем пресс-релизе Hub.
Когда камеры с тканями вернулись на Землю, он и его коллеги продолжили собирать данные и сохранять образцы, чтобы выяснить, произошли ли какие-либо изменения в их способности сокращаться. Помимо потери силы, в мышечной ткани развилась аритмия, соответствующая возрастным заболеваниям сердца. В здоровом человеческом сердце время между ударами составляет около секунды, тогда как образцы тканей продержались почти в пять раз дольше, хотя после возвращения на Землю они вернулись практически к норме.
Команда также обнаружила, что пучки белков клеток тканей, которые помогают им сокращаться (саркомеры), были короче и более беспорядочными, чем у контрольной группы, что является еще одним симптомом заболевания сердца. Более того, митохондрии в образцах тканей стали больше и круглее и утратили характерные складки, которые помогают им производить и использовать энергию. Наконец, считывание генов в тканях показало повышенную выработку генов, связанную с воспалением и дисбалансом свободных радикалов и антиоксидантов (окислительный стресс). Это не только согласуется с возрастными заболеваниями сердца, но и постоянно подтверждается результатами послеполетных осмотров астронавтов.
Источник изображения: pixabay.com
Команда утверждает, что эти результаты расширяют научные знания о потенциальном влиянии микрогравитации на здоровье человека в космосе, а также могут способствовать изучению старения сердечной мышцы и терапии на Земле.
В 2023 году лаборатория Кима продолжила этот эксперимент, отправив на МКС вторую партию образцов тканей для испытания препаратов, которые могли бы помочь защитить сердечную мышцу от воздействия микрогравитации и помочь людям поддерживать функцию сердца по мере старения.
Тем временем команда продолжает совершенствовать свою систему «ткань на чипе» и объединилась с Лабораторией космической радиации NASA для изучения воздействия космической радиации на сердечные мышцы.
Эти испытания позволят оценить угрозу, которую солнечные и космические лучи представляют для здоровья сердечно-сосудистой системы за пределами низкой околоземной орбиты (НОО), где магнитное поле Земли защищает от большей части космического излучения.
Источник: www.universetoday.com
Источник
