Uzay seyahatlerinde düşük yer çekiminin kalp kası hücrelerindeki normal ritmi zayıflattığı ve bozduğu bulundu

Uluslararası Uzay İstasyonu’nda 30 gün geçirmek üzere 48 insan biyomühendislikli kalp dokusu örneği ayarlayan Johns Hopkins Tıp bilim insanları, uzaydaki düşük yer çekimi koşullarının dokuları zayıflattığını ve aynı kaynaktan gelen Dünya’daki örneklerle karşılaştırıldığında normal ritmik atışlarını bozduğuna dair kanıtlar sundular.

Bilim insanları, kalp dokularının “uzayda pek iyi durumda olmadığını” ve zamanla uzay istasyonundaki dokuların, Dünya’da tutulan aynı kaynaktan gelen dokuların yaklaşık yarısı kadar daha az hızla attığını söyledi.

Bulguların, bilim insanlarının düşük yer çekiminin astronotların uzun uzay görevleri sırasında hayatta kalmaları ve sağlıkları üzerindeki potansiyel etkilerine ilişkin bilgilerini genişlettiği ve Dünya’da kalp kası yaşlanması ve tedavilerinin incelenmesi için model görevi görebileceği belirtiliyor.

Bilim insanlarının doku analizlerine ilişkin raporu şöyle: yayınlandı içinde Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.

Daha önce yapılan araştırmalar, bazı astronotların uzaydan Dünya’ya kalp kası fonksiyonlarında azalma ve aritmi (düzensiz kalp atışı) gibi yaşa bağlı rahatsızlıklarla döndüklerini ve bazı etkilerin (hepsinin değil) döndükten sonra zamanla ortadan kalktığını göstermişti.

Ancak bilim insanları, uzun uzay uçuşları sırasında astronotları güvende tutmanın yollarını bulmak için bu tür etkileri hücresel ve moleküler düzeyde incelemenin yollarını aradılar, diyor Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde biyomedikal mühendisliği ve tıp profesörü olan Dr. Deok-Ho Kim. Kim, uzay istasyonuna kalp dokusu gönderme projesine öncülük etti.

Kardiyak yükü oluşturmak için bilim insanı Jonathan Tsui, Ph.D., insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerin (iPSC’ler) kalp kası hücrelerine (kardiyomiyositler) dönüşmesini sağladı. Kim’in Washington Üniversitesi’ndeki laboratuvarında doktora öğrencisi olan Tsui, Kim’e 2019’da Johns Hopkins Üniversitesi’ne geçtiğinde doktora sonrası araştırmacı olarak eşlik etti. Johns Hopkins’te uzay biyolojisi araştırmalarına devam ettiler.

Tsui daha sonra dokuları, dokuların nasıl attığı (kasıldığı) hakkında veri toplamak için dokuları iki direk arasına yerleştiren biyomühendislikli, minyatürleştirilmiş bir doku çipine yerleştirdi. Hücrelerin 3B muhafazası, bir cep telefonunun yarısı büyüklüğündeki bir bölmede yetişkin bir insan kalbinin ortamını taklit edecek şekilde tasarlandı.

Tsui, dokuları Mart 2020’de uzay istasyonuna doğru fırlatılan SpaceX CRS-20 görevine götürmek için doku odalarını bir uçakta Florida’ya taşımak ve Kennedy Uzay Merkezi’nde bir ay boyunca dokularla ilgilenmeye devam etmek zorunda kaldığını söylüyor. Tsui şu anda kalp hastalığı önleme ve tedavisine odaklanan bir şirket olan Tenaya Therapeutics’te bilim insanı.

Dokular uzay istasyonuna ulaştığında, bilim insanları her 30 dakikada bir 10 saniye boyunca hücrelerin kasılma gücü, yani seğirme kuvvetleri ve düzensiz vuruş desenleri hakkında gerçek zamanlı veriler aldılar. Astronot Jessica Meir, Ph.D., MS dokuları çevreleyen sıvı besinleri haftada bir kez değiştirdi ve dokuları daha sonraki gen okumaları ve görüntüleme analizleri için belirli aralıklarla korudu.

Araştırma ekibi, uzaydaki dokularla karşılaştırmak amacıyla, Dünya’da aynı şekilde geliştirilen bir dizi kalp dokusunu aynı tipteki bir bölmede sakladı.

Doku odaları Dünya’ya döndüğünde Tsui, dokulardan veri toplamaya ve bunları korumaya devam etti.

“Bu dokuların uzayda yaşayabilirliğini sağlamak için kök hücre ve doku mühendisliği, biyosensörler, biyoelektronik ve mikrofabrikasyon alanlarında inanılmaz miktarda son teknoloji kullanıldı” diyor bu proje ve sonraki projeler için doku çipini geliştiren ekibin başındaki Kim.

Kim’in laboratuvarında daha önce doktora öğrencisi olan ve şu anda Johns Hopkins’te doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Dr. Devin Mair, dokuların kasılma yeteneğini analiz etti.

Uzaydaki kalp kası dokuları güç kaybetmenin yanı sıra düzensiz atışlar (aritmiler) geliştirdiler; bu, bir insan kalbinin iflas etmesine neden olabilecek bozulmalardır. Normalde, bir kalp dokusunun atışı ile bir sonraki arasındaki zaman yaklaşık bir saniyedir. Uzay istasyonundaki dokulardaki bu ölçüm, Dünya’dakilerden neredeyse beş kat daha uzun oldu, ancak dokular Dünya’ya döndüğünde atışlar arasındaki zaman neredeyse normale döndü.

Bilim insanları ayrıca uzaya gönderilen dokularda, kas hücrelerinin kasılmasına yardımcı olan protein demetleri olan sarkomerlerin daha kısa ve daha düzensiz hale geldiğini, bunun da insan kalp hastalığının bir belirtisi olduğunu buldular.

Ayrıca, uzaya bağlı hücrelerdeki enerji üreten mitokondriler büyüdü, yuvarlaklaştı ve hücrelerin enerjiyi kullanmasını ve üretmesini sağlayan karakteristik kıvrımlarını kaybetti.

Son olarak, Mair, Eun Hyun Ahn, Ph.D.—biyomedikal mühendisliği yardımcı araştırma profesörü—ve Johns Hopkins doktora öğrencisi Zhipeng Dong, uzayda ve Dünya’da bulunan dokulardaki gen okumasını inceledi. Uzay istasyonundaki dokular, kalp hastalığının da ayırt edici özellikleri olan iltihaplanma ve oksidatif hasarla ilgili gen üretiminin arttığını gösterdi.

Mair, “Oksidatif hasar ve inflamasyonun bu belirteçlerinin birçoğu astronotların uçuş sonrası kontrollerinde sürekli olarak gösteriliyor” diyor.

Kim’in laboratuvarı, hücreleri düşük yer çekiminin etkilerinden koruyabilecek ilaçları taramak için 2023’te uzay istasyonuna ikinci bir parti 3D tasarlanmış kalp dokusu gönderdi. Bu çalışma devam ediyor ve bilim insanlarına göre, aynı ilaçlar insanların yaşlandıkça kalp fonksiyonlarını korumalarına yardımcı olabilir.

Bilim insanları “çip üzerindeki doku” sistemlerini geliştirmeye devam ediyor ve NASA Uzay Radyasyon Laboratuvarı’nda radyasyonun kalp dokuları üzerindeki etkilerini inceliyorlar. Uzay istasyonu, gezegenin manyetik alanının sakinlerini uzay radyasyonunun etkilerinin çoğundan koruduğu alçak Dünya yörüngesindedir.