Космосът разбива сърца: могат ли астронавтите да оцелеят при покоряването на далечни планети?

Изследователи проучиха въздействието на радиацията върху функцията на нашия най-важен мускул.

Учени от Медицинския институт „Джон Хопкинс“ проведоха уникален експеримент, като изпратиха проби от биоинженерна човешка сърдечна тъкан на Международната космическа станция (МКС). В продължение на 30 дни 48 проби се намираха в условията на микрогравитация, което даде възможност на изследователите да проучат по-добре влиянието на космическото пространство върху функционирането на основния ни мускул.

Резултатите бяха разочароващи за бъдещите космически пътешественици. Учените установиха, че сърдечната тъкан „се чувства изключително зле в космоса“. По време на престоя им на МКС силата на съкращенията на тъканта е спаднала приблизително наполовина в сравнение с контролните проби, оставени на Земята.

Професор Деок-Хо Ким, ръководител на проекта, заяви:

„Получените резултати значително разширяват познанията на учените за потенциалните ефекти на микрогравитацията върху здравето и оцеляването на астронавтите по време на продължителни мисии“.

За да създадат експерименталния материал, изследователите са използвали индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSCs), които са били трансформирани в кардиомиоцити – клетки на сърдечния мускул. След това тъканите са поставени в миниатюрен биоинженерен чип.

Доставянето на пробите до МКС се превръща в истинско приключение. Джонатан Цуй, един от изследователите, лично транспортира тъканните камери със самолет до Флорида, а след това се грижи за тях в продължение на месец в космическия център „Кенеди“ преди изстрелването на мисията CRS-20 на SpaceX през март 2020 г.

На борда на МКС астронавтката Джесика Меир опреснява хранителната среда всяка седмица и отделя фрагменти от органите на равни интервали от време за по-късен генен анализ и микроскопско изследване. През това време учените на Земята получаваха данни за силата на тъканните контракции и ритъма на техните удари на всеки половин час.

След като върнаха сърцата на Земята, изследователите извършиха задълбочен анализ. Този анализ показа, че освен отслабването на съкращенията, сърдечните тъкани в космоса са развили аритмия, която при живите хора може да доведе до сърдечна недостатъчност. Интервалът между съкращенията на тъканите на МКС се е увеличил почти пет пъти.

Промени бяха установени и на клетъчно ниво. Саркомерите – протеиновите комплекси в мускулните клетки, отговорни за свиването, са станали по-къси и по-малко подредени – един от най-характерните признаци за кардиологични заболявания. Митохондриите (енергийните станции на клетките) увеличили размера си, станали са по-закръглени и са загубили характерните гънки, които помагат за производството и използването на енергия.

Генетичните анализи на тъканта, извършени от Девин Мейр и колеги, показаха повишена активност на гените, свързани с възпаленията и окисляването – друг често срещан „сигнал за тревога“ за хората със сърдечносъдови заболявания. Според Мейр много от тези признаци на оксидативен стрес и възпаление редовно се откриват при астронавтите по време на медицинските прегледи след завръщането им на Земята.

Изследователите не спират дотук. През 2023 г. лабораторията на Ким изпраща втора партида триизмерна инженерна сърдечна тъкан на МКС, за да тества различни лекарства, които биха могли да защитят клетките от ефектите на микрогравитацията. Изследванията все още продължават и учените смятат, че същите тези лекарства биха могли да помогнат на хората да поддържат сърдечната си функция с напредването на възрастта.

Екипът на Ким продължава да усъвършенства своята система „тъкан върху чипа“ и изучава въздействието на радиацията върху сърдечната тъкан в лабораторията за космическа радиация на НАСА. Въпреки че МКС е в ниска околоземна орбита, където земното магнитно поле предпазва обитателите от голяма част от космическата радиация, този фактор остава важен за бъдещите мисии в дълбокия космос.