Космос всегда манил человечество своими тайнами и загадками. Но вместе с мечтами о дальних мирах ученые сталкиваются с реальными проблемами, которые могут угрожать здоровью астронавтов. Исследование, проведенное командой из Медицинского центра Джонса Хопкинса, выявило, что условия низкой гравитации негативно влияют на сердечные ткани. Ученые отправили образцы биоинженерной сердечной ткани на Международную космическую станцию (МКС) и получили неутешительные результаты.
В ходе эксперимента 48 образцов сердечной ткани провели 30 дней в условиях микрогравитации. Ученые заметили, что ткани начали сокращаться вдвое слабее по сравнению с аналогичными образцами, хранившимися на Земле. Это открытие вызывает серьезные опасения, ведь оно может повлиять на здоровье астронавтов во время длительных космических миссий.
Доктор Док-Хо Ким, возглавляющий проект, отметил, что сердечные ткани "действительно плохо себя чувствуют в космосе". Результаты исследования расширяют понимание влияния космических условий на сердечно-сосудистую систему. Ученые уже знают, что некоторые астронавты возвращаются на Землю с возрастными заболеваниями, такими как аритмия и снижение функции сердечной мышцы. Но теперь они стремятся изучить эти эффекты на клеточном уровне.
Для создания сердечной ткани исследователь Джонатан Цуй использовал индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые развились в кардиомиоциты — клетки сердечной мышцы. Цуй, аспирант лаборатории Кима, продолжил исследования в области космической биологии, когда Ким перешел в Университет Джонса Хопкинса. Он разработал миниатюрный тканевый чип, который позволил собирать данные о сокращениях клеток в условиях, приближенных к тем, что существуют в человеческом сердце.
Доставка образцов на МКС потребовала значительных усилий. Цуй вручную транспортировал камеры с тканями на самолете во Флориду, где они ожидали старта миссии SpaceX CRS-20 в марте 2020 года. На борту космической станции астронавт Джессика Меир следила за состоянием тканей, меняя питательные жидкости и консервируя образцы для последующего анализа.
Каждые 30 минут ученые получали данные о силе сокращений клеток. Результаты оказались тревожными: ткани на борту МКС начали демонстрировать нерегулярные сокращения, что может привести к серьезным проблемам с сердцем. Время между ударами сердечной ткани увеличилось почти в пять раз, хотя после возвращения на Землю этот показатель вернулся к норме.
Анализ показал, что саркомеры, белковые структуры, отвечающие за сокращение мышечных клеток, стали короче и менее организованными. Это изменение сигнализирует о возможном развитии сердечных заболеваний. Более того, митохондрии в клетках утратили свою форму и функциональность, что также указывает на ухудшение состояния тканей.
Ученые также заметили, что в космических образцах увеличилась активность генов, связанных с воспалением и окислительным повреждением. Эти маркеры часто выявляют у астронавтов после возвращения на Землю, что подтверждает, что условия космоса оказывают негативное влияние на сердечно-сосудистую систему.
В 2023 году команда Кима отправила вторую партию 3D-инженерных тканей сердца на МКС для проверки лекарств, которые могут защитить клетки от воздействия низкой гравитации. Ученые надеются, что эти препараты помогут не только астронавтам, но и людям на Земле, страдающим от сердечно-сосудистых заболеваний.