Astronauci żyją w praktycznie nieważkim środowisku, naukowo znanym jako mikrograwitacja. Efekty mikrograwitacji na ludzkim ciele są różnorodne i fascynujące – niektóre z nich są szkodliwe, inne przynoszą korzyści zdrowotne. Nowe badania odkrywają terapeutyczny potencjał wpływu mikrograwitacji na ludzkie komórki macierzyste.
Od przesuwającego się mózgu, przez kurczące się mięśnie, po obrzęknięte żyły – twarze astronautów stają się opuchnięte, a efekty mikrograwitacji na ludzkim ciele są co najmniej intrygujące.
Ale jak warunki nieważkości wpływają na serce? W miarę jak ten kluczowy narząd nie musi pompować tak dużo krwi w organizmie, jak to miało miejsce pod wpływem siły grawitacji, z biegiem czasu naczynia krwionośne stają się mniej elastyczne i grubsze, co zwiększa ryzyko chorób sercowych.
Jednak w kontrze do tych negatywnych konsekwencji naukowcy odkrywają coraz bardziej potencjalnie terapeutyczne efekty lotów kosmicznych na ludzkie serce.
Na przykład badania wykazały, że symulowana mikrograwitacja w laboratorium wpływa na różne komórki progenitorowe w zależności od ich wieku. Komórki progenitorowe są «wczesnymi potomkami komórek macierzystych, które mogą różnicować się, tworząc jeden lub więcej rodzajów komórek».
Inne badania na embrionalnych komórkach myszy wykazały, że symulowanie lotów kosmicznych wpływa na łodygę i różnicowanie komórek macierzystych, pomagając im szybciej różnicować się w komórki mięśnia sercowego.
Tak więc naukowcy z Loma Linda University w Kalifornii zaczęli się zastanawiać, czy tak zmodyfikowane komórki macierzyste mogłyby zostać wykorzystane do naprawy serca.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, Jonathan Baio i współpracownicy symulowali zmiany molekularne zachodzące w warunkach mikrograwitacji i badali ich implikacje dla zwiększenia terapeutycznego potencjału komórek progenitorowych układu sercowo-naczyniowego.
Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w specjalnym wydaniu czasopisma.
Mikrograwitacja zmienia sygnał wapniowy
Baio i zespół symulowali mikrograwitację przez 6-7 dni na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej NASA i hodowali noworodkowe komórki progenitorowe serca przez 12 dni w National Laboratory na pokładzie stacji kosmicznej.
Naukowcy szukali zmian w ekspresji genów i odkryli, że środowisko mikrograwitacji «indukowało ekspresję genów, które są typowo związane z wcześniejszym stanem rozwoju sercowo-naczyniowego».
Po 6-7 dniach badacze odkryli zmiany szlaków sygnalizacji wapniowej, które, jak mówią, mogłyby zostać wykorzystane do ulepszenia terapii opartej na komórkach macierzystych w celu naprawy serca.
Po 30 dniach aktywowano zależną od wapnia kinazę białkową, znaną jako C alfa. Aby dalej «zbadać wpływ indukcji wapnia u noworodków [komórek progenitorowych]», naukowcy aktywowali kinazę białkową na Ziemi poprzez zwiększenie sygnalizacji wapnia.
Obserwowane zmiany skłoniły naukowców do wniosku, że «manipulowanie sygnalizacją wapnia na Ziemi [jest] nową szansą terapeutyczną w przypadku kardiologicznej naprawy serca».
Co oznaczają odkrycia dotyczące naprawy serca
Jak zauważają autorzy, istnieją już wczesne fazy badań klinicznych, które wykorzystują komórki macierzyste serca do leczenia pacjentów z kardiomiopatią niedokrwienną lub pomagają ludziom wyzdrowieć po zawale serca.
Podczas gdy wyniki tych badań są obiecujące, czasami wszczepianie komórek kończy się niepowodzeniem, a naukowcy wciąż debatują nad tym, który typ komórki jest najlepszy dla przeszczepu.
«Dlatego zastosowanie wyników eksperymentów [mikrograwitacji] do eksperymentów opartych na Ziemi może pomóc w przezwyciężeniu wad obecnych badań klinicznych z wykorzystaniem [komórek progenitorowych] serca do naprawy serca» – piszą autorzy.
Baio i współpracownicy podsumowują:
«[M]anipulowanie normalnego środowiska grawitacji wczesnych [progenitorowych komórek serca] może uwydatnić ważne mechanizmy rozwoju lub ekspansji wczesnych progenitorów sercowych, które mogą być stosowane w celu lepszego poznania rozwoju układu sercowo-naczyniowego i poprawy wyników regeneracyjnych terapii opartych na komórkach macierzystych.»
Graham C. Parker, Ph.D. – który jest powiązany z Wayne State University School of Medicine w Detroit, MI i jest redaktorem naczelnym czasopisma, także komentuje wyniki.
Mówi: «Ten dokument stanowi ważny dowód koncepcji łączenia eksperymentalnego projektu kosmicznego i naziemnego oraz informuje o rozwoju terapii kardiologicznej zarówno w przypadku lotów kosmicznych, jak i tutaj na Ziemi».
Nowe badania na temat mikrograwitacji i jej potencjału terapeutycznego
W 2024 roku badania nad mikrograwitacją i jej wpływem na zdrowie ludzi zyskują na znaczeniu, zwłaszcza w kontekście medycyny regeneracyjnej. Ostatnie badania wskazują, że mikrograwitacja może wpływać na różne szlaki sygnalizacyjne w komórkach macierzystych, co może prowadzić do zwiększonej efektywności terapii genowych i komórkowych.
W szczególności, badania nad komórkami progenitorowymi serca pokazują, że ich eksponowanie na warunki mikrograwitacyjne może poprawić ich zdolność do różnicowania się w kardiomiocyty, co jest kluczowe dla regeneracji uszkodzonego serca. Naukowcy z różnych instytucji na całym świecie prowadzą badania, które mogą prowadzić do innowacyjnych terapii dla pacjentów z chorobami serca.
Dalsze badania są niezbędne, aby lepiej zrozumieć mechanizmy działania mikrograwitacji i jej potencjalny wpływ na terapie regeneracyjne. W miarę postępów technologicznych i zwiększonej dostępności badań kosmicznych, możemy spodziewać się przełomowych odkryć, które mogą zrewolucjonizować podejście do leczenia chorób serca.
