Ученые выяснили, что что космические путешествия ослабляют сердце
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.
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».
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.
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 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
