Η ανθρώπινη καρδιά δείχνει σημάδια γήρανσης μετά από μόλις ένα μήνα στο διάστημα

Η ανθρώπινη καρδιά δείχνει σημάδια γήρανσης μετά από μόλις ένα μήνα στο διάστημα

Κατά τη διάρκεια ενός μόλις μήνα στο διάστημα, ο μηχανικός καρδιακός ιστός του ανθρώπου εξασθενούσε, τα μοτίβα του «χτύπου» του έγιναν ακανόνιστα και συνέβησαν μοριακές και γενετικές αλλαγές που μιμήθηκαν τις επιπτώσεις της γήρανσης. 1 Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν σήμερα στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

Η μελέτη παρέχει μια χρήσιμη μέθοδο για τον εντοπισμό των μοριακών οδών που ευθύνονται για τις επιβλαβείς επιπτώσεις της διαστημικής πτήσης στην ανθρώπινη καρδιά, λέει ο Joseph Wu, καρδιολόγος στο Πανεπιστήμιο Στάνφορντ στην Καλιφόρνια.

Μικροβαρύτητα μπορεί να βλάψει το σώμα και οι αστροναύτες που εκτίθενται σε αυτό έχουν παρουσιάσει καρδιαγγειακές αλλαγές όπως ακανόνιστους καρδιακούς παλμούς. Ωστόσο, η κατανόηση των επιπτώσεων των μακροχρόνιων διαστημικών αποστολών - που μπορεί να διαρκέσουν αρκετούς μήνες - και των μοριακών αλλαγών που διέπουν αυτές τις αλλαγές έχουν παραμείνει απρόσιτες, εξηγεί ο συν-συγγραφέας της μελέτης Deok-Ho Kim, βιοϊατρικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ. «Δεν είναι δυνατό να γίνουν οι διάφορες μοριακές και λειτουργικές μελέτες σε ανθρώπους αστροναύτες», λέει.

Μια «καρδιά» σε ένα τσιπάκι

Για να ξεπεράσουν αυτή την πρόκληση, ο Kim και οι συνεργάτες του έστειλαν σχεδιασμένο καρδιακό ιστό για 30 ημέρες Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS).

Για την ανάπτυξη του ιστού, οι ερευνητές εισήγαγαν ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, τα οποία λειτουργούν ως κενοί καμβάδες και επεκτείνονται σε κάθε τύπο κυττάρου διαφοροποιώ, να αναπτυχθεί σε κύτταρα ανθρώπινου καρδιακού μυός. Η ομάδα τέντωσε σετ έξι δειγμάτων υφασμάτων ανάμεσα σε ζεύγη κερκίδων. Μία θέση σε κάθε ζευγάρι ήταν ευέλικτη, επιτρέποντας στα σχέδια να συστέλλονται σαν μια καρδιά που χτυπά. Το σύστημα, το οποίο αποκαλούν heart-on-a-chip, ήταν τοποθετημένο σε ένα περίβλημα περίπου στο μισό μέγεθος ενός κινητού τηλεφώνου.

Μόλις το σύστημα heart-on-a-chip βρισκόταν στο ISS, ο Kim και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αισθητήρες για να παρακολουθήσουν την ισχύ της συστολής και τα μοτίβα χτυπήματος του ιστού σε πραγματικό χρόνο. Για σύγκριση, παρακολούθησαν ένα άλλο σύνολο δειγμάτων ιστού που παρέμεναν στη Γη.

Μετά από 12 ημέρες στο ISS, η δύναμη συστολής των ιστών είχε μειωθεί σχεδόν στο μισό, ενώ αυτή των σχεδίων εδάφους παρέμεινε σχετικά σταθερή. Αυτή η εξασθένηση συνέχισε να είναι εμφανής ακόμη και μετά από εννέα ημέρες ανάκαμψης στη Γη. Στο διάστημα, οι παλμοί του ιστού έγιναν επίσης πιο ακανόνιστοι με την πάροδο του χρόνου, με το διάστημα μεταξύ κάθε παλμού να αυξάνεται περισσότερο από πενταπλάσιο την ημέρα 19. Ωστόσο, αυτή η ανωμαλία εξαφανίστηκε μετά την επιστροφή των σχεδίων στη Γη. Αυτό υποδηλώνει ότι οι αστροναύτες της NASA Sunita Williams και Butch Wilmore - οι οποίοι ήταν εγκλωβισμένοι στο ISS για μήνες λόγω τεχνικών προβλημάτων με το διαστημόπλοιο Starliner της Boeing - πιθανότατα αντιμετωπίζουν καρδιαγγειακό στρες που μπορεί να υποχωρήσει κατά την επιστροφή τους στη Γη, λέει ο Wu.

Γενετικές αλλαγές

Αφού επέστρεψαν οι ιστοί από το διάστημα, ο Kim και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης για να εξετάσουν τα σαρκομερή των δειγμάτων - πρωτεϊνικούς κλώνους που είναι υπεύθυνοι για τις μυϊκές συσπάσεις. Μετά από ένα μήνα σε τροχιά, αυτές οι πρωτεϊνικές δέσμες είχαν γίνει πιο κοντές και πιο βρώμικες σε σύγκριση με αυτές που είχαν παραμείνει στο έδαφος. Τα μιτοχόνδρια - οι μηχανές παραγωγής ενέργειας στα κύτταρα - ήταν επίσης διογκωμένα και κατακερματισμένα.

Όταν οι ερευνητές ανέλυσαν την αλληλουχία του RNA των μοτίβων ιστών, βρήκαν μια αύξηση στο Έκφραση γονιδίων και μονοπάτια σηματοδότησης που συνδέονται με φλεγμονή και καρδιακές παθήσεις στους ιστούς που βρίσκονταν στο ISS. Ταυτόχρονα, τα γονίδια που απαιτούνται για πρωτεΐνες απαραίτητες για τη φυσιολογική σύσπαση της καρδιάς και τη μιτοχονδριακή λειτουργία έδειξαν σημάδια μειωμένης έκφρασης.

Αν και η προσέγγιση καρδιά σε τσιπ είναι καινοτόμος, δεν καταγράφει άλλες σημαντικές καρδιαγγειακές αλλαγές που μπορεί να συμβούν στην ανθρώπινη καρδιά, όπως η πίεση στις αρτηρίες, λέει ο Wu. Ωστόσο, προσθέτει ότι μια παρόμοια διάταξη θα μπορούσε να είναι χρήσιμη για τη μελέτη του τρόπου με τον οποίο αντιδρούν άλλα όργανα κάτω από τη μικροβαρύτητα και τα ακραία επίπεδα ακτινοβολίας. «Η ικανότητα αυτής της πλατφόρμας να λειτουργεί στη μικροβαρύτητα διατηρώντας παράλληλα τη βιωσιμότητα των ιστών είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα», λέει.

Ο Κιμ και οι συνεργάτες του σχεδιάζουν να στείλουν επιπλέον καρδιακό και ιστό οργάνων στο διάστημα για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους για να μελετήσουν τις επιπτώσεις της διαστημικής πτήσης με περισσότερες λεπτομέρειες. Ελπίζουν επίσης να δοκιμάσουν φάρμακα που μπορούν να εξουδετερώσουν ορισμένες από τις επιπτώσεις της μικροβαρύτητας στην καρδιά.

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

   Αρθρο
   
   Google Scholar

Λήψη παραπομπών