PNAS: Низкая гравитация в космосе ослабляет сердце и нарушает сердцебиение

30 дней держали 48 образцов биоинженерной сердечной ткани человека на Международной космической станции учёные из Johns Hopkins Medicine.

Образцы, которые находились в космосе, ослабли и стали биться неритмично по сравнению с образцами из того же источника, оставшимися на Земле. Учёные сделали вывод, что сердечные ткани плохо переносят условия низкой гравитации в космосе. Образцы на борту космической станции бились примерно в два раза сильнее, чем образцы на Земле.

Результаты эксперимента помогут изучить влияние низкой гравитации на здоровье астронавтов во время длительных космических полётов и разработать новые методы лечения заболеваний сердца на Земле.

Отчет об анализе тканей опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследования показали, что у некоторых астронавтов после возвращения из космоса появляются возрастные заболевания, такие как снижение функции сердечной мышцы и аритмия. Некоторые негативные последствия исчезают со временем.

Учёные исследуют эти эффекты на клеточном и молекулярном уровне, чтобы обеспечить безопасность астронавтов во время длительных космических полётов. Об этом говорит Деок-Хо Ким, профессор биомедицинской инженерии и медицины в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса. Он возглавил проект по отправке образцов сердечной ткани на космическую станцию.

Для этого проекта Джонатан Цуй, учёный, заставил человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки развиться в клетки сердечной мышцы.

Цуй поместил ткани в миниатюрный тканевый чип, который закрепил между двумя стойками. Это было нужно, чтобы собрать данные о том, как ткани бьются (сокращаются).

Тканевые камеры доставили на борт космического корабля SpaceX CRS-20 в марте 2020 года. Для этого Цуй вручную перенёс их на самолёте во Флориду и в течение месяца ухаживал за ними в Космическом центре имени Кеннеди.

На космической станции учёные каждые 30 минут получали данные о силе сокращения клеток и о любых нерегулярных ритмах биения. Астронавт Джессика Меир раз в неделю меняла питательные среды, которые окружали ткани, и сохраняла их для последующего считывания генов и анализа изображений.

Исследовательская группа сохранила сердечные ткани, созданные на Земле, в специальных камерах. Эти ткани сравнили с тканями, которые побывали в космосе.

Когда камеры с тканями вернулись на Землю, Цуй продолжил их обслуживать и собирать данные.

Ким рассказал, что для обеспечения жизнеспособности тканей в космосе использовали много передовых технологий. Его команда разработала тканевый чип для этого и других проектов.

Девин Мейр, бывший аспирант лаборатории Кима, а теперь сотрудник Университета Джона Хопкинса, проанализировал способность тканей сокращаться.

Ткани сердечной мышцы в космосе теряли силу, и в них развивались нерегулярные сокращения (аритмии). Аритмия может привести к отказу сердца.

В норме время между одним сокращением сердечной ткани и следующим составляет около секунды. В тканях на борту космической станции этот показатель оказался почти в пять раз больше. После возвращения на Землю время между ударами почти вернулось к норме.

Учёные также обнаружили изменения в строении клеток: саркомеры стали короче и более беспорядочными, а митохондрии стали крупнее, круглее и потеряли складки, которые обычно помогают вырабатывать энергию.

Мейр, ассистент профессора биомедицинской инженерии, и Жипенг Донг, аспирант Университета Джонса Хопкинса, изучили гены в тканях, которые были размещены в космосе и на Земле. Ткани в космосе показали повышенную выработку генов, связанных с воспалением и окислительным повреждением, что также характерно для сердечных заболеваний.

Многие из этих маркеров воспаления и повреждения постоянно проявляются у астронавтов после полётов, — говорит Мейр.

В 2023 году лаборатория Кима отправила на космическую станцию партию 3D-инженерных тканей сердца. Цель — найти препараты, которые защитят клетки от низкой гравитации. Эти же препараты могут помочь сохранить здоровье сердца с возрастом.

Учёные также изучают влияние радиации на ткани сердца в Лаборатории космической радиации НАСА. Космическая станция находится на низкой околоземной орбите, где магнитное поле Земли защищает от космической радиации.

24.09.2024