Ученые выяснили, что космические путешествия ослабляют сердце

Ни для кого не секрет, что длительное пребывание в космосе негативно сказывается на организме человека. В течение многих лет NASA и другие космические агентства изучают влияние микрогравитации на людей, животных и растения на борту Международной космической станции (МКС).

На данный момент исследования показали, что длительное пребывание в космосе приводит к атрофии мышц, потере плотности костей, изменениям в зрении, экспрессии генов и психологическим проблемам. Знание этих последствий и способов их смягчения крайне важно, учитывая будущие цели по освоению космоса, которые включают в себя длительные полеты на Луну, Марс и другие планеты.

Согласно результатам недавнего эксперимента, проведенного исследователями из Университета Джонса Хопкинса при поддержке Космического центра НАСА имени Джонсона, оказалось, что ткани сердца «не очень хорошо себя чувствуют в космосе».

В ходе эксперимента 48 образцов биоинженерной сердечной ткани человека были отправлены на МКС на 30 дней. Как указано в статье, эксперимент демонстрирует, что воздействие микрогравитации ослабляет сердечную ткань и снижает ее способность ритмично сокращаться.

Данные результаты указывают на необходимость дополнительных мер для здоровья сердечно-сосудистой системы человека в космосе. Работа с подробными результатами исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Предыдущие исследования показали, что астронавты, вернувшись на Землю с МКС, страдают от множества последствий для здоровья, характерных для некоторых возрастных заболеваний, включая снижение функции сердечной мышцы и нерегулярное сердцебиение (аритмию), большинство из которых со временем проходят.

Однако ни одно из этих исследований не затрагивало вопроса о том, что происходит на клеточном и молекулярном уровне. Чтобы узнать больше об этих эффектах и способах их смягчения, Деок-Хо Ким и его коллеги отправили на МКС автоматизированную платформу «сердце на чипе» для изучения.

Для создания этой полезной нагрузки команда использовала индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека (iPSC), которые могут превращаться во многие типы клеток, для получения кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы). Полученные ткани были помещены в миниатюрный биоинженерный тканевый чип, созданный для имитации среды взрослого человеческого сердца.

Затем чипы собирали данные о том, как ткани ритмично сокращаются, имитируя биение сердца. Один набор биочипов был запущен на борту корабля SpaceX CRS-20 на МКС в марте 2020 года, а другой остался на Земле в качестве контрольной группы.

На МКС астронавт Джессика Меир следила за ходом эксперимента, меняя жидкие питательные среды, окружающие ткани раз в неделю и сохраняя образцы тканей через определенные промежутки времени, чтобы по возвращении на Землю можно было провести анализ считывания генов и визуализации.

Эксперимент в режиме реального времени каждые 30 минут (по 10 секунд за раз) отправлял на Землю данные о сокращениях образцов тканей и любых нарушениях ритма биения (аритмии).

«Невероятное количество передовых технологий в области стволовых клеток и тканевой инженерии, биосенсоров и биоэлектроники, а также микрофабрик было использовано для обеспечения жизнеспособности этих тканей в космосе», — сказал Ким в пресс-релизе Hub.

Когда тканевые камеры вернулись на Землю, он и его коллеги продолжили поддерживать и собирать данные об образцах, чтобы проверить, не изменилась ли их способность к сокращению. Помимо потери силы, в мышечных тканях развилась аритмия, соответствующая возрастным заболеваниям сердца.

В здоровом человеческом сердце время между ударами составляет около секунды, а в полученных образцах тканей — почти в пять раз больше, хотя после возвращения на Землю они вернулись почти к нормальному состоянию.

Кроме того, команда обнаружила, что белковые пучки клеток ткани, помогающие им сокращаться (саркомеры), были короче и более беспорядочны, чем у контрольной группы, что является еще одним симптомом сердечных заболеваний. Также митохондрии в образцах тканей стали крупнее и круглее и потеряли характерные складки, которые помогают им производить и использовать энергию.

Генный анализ тканей показал увеличение производства генов, связанных с воспалением и дисбалансом свободных радикалов и антиоксидантов (окислительный стресс). Это соответствует возрастным заболеваниям сердца и постоянно обнаруживается при послеполетных обследованиях астронавтов.

Команда говорит, что эти результаты расширяют научные знания о потенциальном влиянии микрогравитации на здоровье человека в космосе, а также могут способствовать изучению старения сердечной мышцы и терапии на Земле.

В 2023 году лаборатория Кима продолжит этот эксперимент и отправит  на МКС вторую партию образцов тканей для тестирования препаратов, которые могут защитить сердечные мышцы от воздействия микрогравитации и помочь людям сохранить работу сердца с возрастом.

Тем временем команда продолжает совершенствовать систему «сердце на чипе» и объединилась с Лабораторией космической радиации NASA для изучения влияния космической радиации на сердечные мышцы.

Эти тесты позволят оценить угрозу, которую солнечные и космические лучи представляют для здоровья сердечно-сосудистой системы за пределами низкой околоземной орбиты (НОО), где магнитное поле Земли защищает от большинства космических излучений.

Ранее в Западной Австралии запустили проект TeraNet, представляющий из себя инфракрасный луч для связи со спутниками. Две оптические наземные станции в стратегически расположенной сети успешно приняли лазерные сигналы с немецкого спутника. По мнению команды, это может открыть путь к увеличению пропускной способности «Космос — Земля» в сто или тысячу раз.