人类心脏在太空停留一个月后就出现衰老迹象

人类心脏在太空停留一个月后就出现衰老迹象

在太空中的短短一个月内，人类工程心脏组织变弱，其“跳动”模式变得不规则，并且发生了模仿衰老影响的分子和遗传变化。 1 研究结果今天发表在《美国国家科学院院刊》上。

加州斯坦福大学心脏病学家 Joseph Wu 表示，这项研究提供了一种有用的方法，可以用来识别太空飞行对人类心脏产生有害影响的分子途径。

微重力 会对身体造成伤害，接触它的宇航员会出现心血管变化，例如心律不齐。然而，该研究的合著者、马里兰州巴尔的摩约翰·霍普金斯大学的生物医学工程师 Deok-Ho Kim 解释说，了解长期太空任务（可能持续几个月）的影响以及这些变化背后的分子变化仍然遥不可及。 “不可能对人类宇航员进行各种分子和功能研究，”他说。

芯片上的“心”

为了克服这一挑战，Kim 和他的同事发送了设计的心脏组织，可以持续 30 天 国际空间站 （国际空间站）。

为了开发这种组织，研究人员引入了人类诱导多能干细胞，它们充当空白画布并扩展到每种细胞类型 区分 ，发育成人类心肌细胞。该团队在两个展位之间拉伸了六组织物样品。每对中的一根柱子是灵活的，允许图案像跳动的心脏一样收缩。该系统被他们称为“芯片上的心脏”，安装在大约手机一半大小的外壳中。

一旦芯片心脏系统登上国际空间站，金和他的同事就使用传感器实时监测收缩的强度和组织的跳动模式。为了进行比较，他们监测了留在地球上的另一组组织样本。

在国际空间站停留 12 天后，组织的收缩强度几乎下降了一半，而地面图案的收缩强度则保持相对稳定。即使在地球上恢复了九天之后，这种减弱仍然很明显。在太空中，随着时间的推移，组织的节拍也变得更加不规则，每个节拍之间的间隔在第 19 天增加了五倍多。然而，这种不规则性在这些模式返回地球后消失了。吴说，这表明美国宇航局宇航员苏尼塔·威廉姆斯和布奇·威尔莫尔——由于波音星际线航天器的技术问题而在国际空间站滞留了数月——可能正在经历心血管压力，这些压力可能会在他们返回地球后得到缓解。

基因改变

组织从太空返回后，金和他的同事使用透射电子显微镜观察样本的肌节——负责肌肉收缩的蛋白质链。在轨道上运行一个月后，与留在地面上的蛋白质束相比，这些蛋白质束变得更短、更混乱。线粒体——细胞中的能量产生机器——也肿胀和破碎。

当研究人员对组织模式的 RNA 进行测序时，他们发现 基因表达 以及与国际空间站组织中的炎症和心脏病相关的信号通路。与此同时，正常心脏收缩和线粒体功能所需的蛋白质所需的基因显示出表达减少的迹象。

吴说，虽然芯片上的心脏方法是创新的，但它并没有捕捉到人类心脏中可能发生的其他重要的心血管变化，例如动脉压力。然而，他补充说，类似的设置可能有助于研究其他器官在微重力和极端辐射水平下的反应。 “该平台能够在微重力下发挥作用，同时保持组织活力，这是一个主要优势，”他说。

金和他的同事计划将更多的心脏和器官组织送入太空更长时间，以更详细地研究太空飞行的影响。他们还希望测试可以抵消微重力对心脏的一些影响的药物。

1. 梅尔，D.B.等人。过程。国家科学院。科学。美国 121，e2404644121 (2024)。

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