Ткани сердца в одной из камер готовой к запуску
Несколько лет назад учёный-биомедик Джонатан Цуй прилетел во Флориду с уникальным багажом. Он носил с собой компактные камеры размером меньше сотового телефона, содержащие 48 кусочков человеческой сердечной ткани.
Цуй доставил образцы в Космический центр Кеннеди НАСА, где в марте 2020 года их погрузили на корабль SpaceX и отправили на Международную космическую станцию на месяц. Цель? Изучить влияние условий низкой гравитации на сердце человека при подготовке к длительному космическому путешествию.
Всего после 30 дней пребывания в космосе образцы сердечной ткани не только ослабли, но также продемонстрировали нерегулярный характер сокращений и характерные симптомы старения. Результаты исследования опубликованы в журнале Труды Национальной академии наук во вторник.
«При нынешних планах пилотируемых полетов на Марс и за его пределы необходимость лучше понимать, предотвращать и противодействовать вредному воздействию длительного космического полета на организм становится все более важной», — пишут исследователи в статье.
Ученым известно, что условия низкой и невесомости какое-то время оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Атрофия мышц, потеря костной массы, снижение функции сердца и нерегулярное сердцебиение — это лишь некоторые из симптомов, которые могут повлиять на космонавтов, которые проводят долгое время в космосе.
Большинство, но не все, из этих условий разрешаются со временем после возвращения на Землю, что является хорошей новостью для астронавтов НАСА Суниты Уильямс и Бутча Уилмора, которым в настоящее время приходится провести на МКС дополнительные восемь месяцев из-за технических проблем с их космическими кораблями. .
Но чтобы глубже понять эти проблемы со здоровьем, ученые хотели изучить их на молекулярном уровне, чего в прошлом было трудно достичь.
«Невозможно проводить различные молекулярные и функциональные исследования на людях-космонавтах», — говорит Деок-Хо Ким, биомедицинский инженер и соавтор исследования. Новости природы‘ Джемма Конрой.
Вместо этого Ким, Цуй и остальные члены их команды использовали индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки, которые могут развиваться в различные типы клеток, и уговорили их превратиться в клетки сердечной мышцы человека, согласно заявлению Университета Джонса Хопкинса. Затем они связали отдельные образцы вместе, прикрепив каждый из них к паре столбов. Один штифт на образец ткани был жестким, а другой — гибким, что позволяло ткани сокращаться, как бьющееся сердце. Гибкий штырь содержал магнит, который передавал данные о сокращении тканей на датчик.
Вся система называется «сердце-на-чипе», и она была помещена в небольшое приспособление, имитирующее камеру сердца взрослого человека — ту самую, с которой Цуй путешествовал во Флориду, где ему пришлось продолжать заботиться о ней в течение нескольких лет. за месяц до запуска. На МКС астронавт Джессика У. Меир заботилась о тканях, еженедельно меняя в них жидкие питательные вещества.
«Невероятное количество передовых технологий в области стволовых клеток и тканевой инженерии, биосенсоров и биоэлектроники, а также микропроизводства было использовано для обеспечения жизнеспособности этих тканей в космосе», — говорит Ким в заявлении.
Тканевые камеры загружены в пластинчатую среду обитания, предназначенную для исследований на борту Международной космической станции.
Когда ткани сердца на МКС сокращались, исследовательская группа, находящаяся на глубине 250 миль, получала всплески данных в реальном времени. Они сравнили полученные цифры с измерениями набора идентичных образцов, все еще находящихся на Земле. Когда «сердце-на-чипе» вернулось с МКС, команда продолжила анализ, и результаты оказались поразительными.
Ткани сердца выросли и стали биться вдвое сильнее, чем у образцов с Земли, а период между ударами увеличился в пять раз. Нарушение сердечного ритма, известное как аритмия, может вызвать сердечную недостаточность, но после возвращения на Землю сокращения тканей вернулись к нормальной частоте. На молекулярном уровне саркомеры — белки, способствующие сокращению — стали короче и неупорядоченными после пребывания в космосе, а митохондрии клеток, ответственные за выработку энергии, деформировались.
В прошлом году ученые отправили на МКС еще один набор образцов, на этот раз для тестирования лекарств, которые потенциально могут противодействовать воздействию низкой гравитации. Исследование продолжается, и поскольку влияние низкой гравитации на ткани сердца аналогично влиянию старения, результаты могут также иметь значение для лечения возрастных сердечных проблем.
А с помощью будущих экспериментов с тканью на чипе исследователи смогут изучить, как другие органы реагируют на космический полет, говорит Джозеф Ву, кардиолог из Стэнфордского университета, который не участвовал в исследовании. Новости природы. «Способность платформы функционировать в условиях микрогравитации, сохраняя при этом жизнеспособность тканей, является ее основным преимуществом», — добавляет он.
