Hücreler Artemis astronotlarının egzersiz yapmasına nasıl yardımcı olabilir?

2033’te NASA ve Çin, ilk insanlı görevleri Mars’a göndermeyi planlıyor. Bu görevler, her iki yılda bir Dünya ve Mars yörüngelerinde en yakın noktalardayken (Mars Muhalefeti) başlayacak. Geleneksel teknolojiyi kullanarak Kızıl Gezegene ulaşmak bu görevlerin altı ila dokuz ayını alacak. Bu, astronotların mikro yerçekiminde bir buçuk yıl geçirebilecekleri ve ardından Mars yerçekiminde (Dünya yerçekiminin yaklaşık %40’ı) aylarca yüzey operasyonları yapabilecekleri anlamına gelir. Bunun astronot sağlığı için kas atrofisi, kemik yoğunluğu kaybı ve psikolojik etkiler dahil olmak üzere ciddi sonuçları olabilir.

Uluslararası Uzay İstasyonu’nda (ISS) astronotlar, bu etkileri azaltmak için katı bir egzersiz rejimi sürdürürler. Bununla birlikte, araçları (Orion uzay aracı) önemli ölçüde daha az hacme sahip olduğundan, astronotlar Mars’a geçiş sırasında aynı seçeneğe sahip olmayacaklar. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Profesör Marni Boppart ve Beckman İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki meslektaşları, rejeneratif hücreleri kullanan bir süreç geliştiriyorlar. Bu çalışma, astronotların Mars’a sağlıklı, doyurucu ve keşfetmeye hazır olmalarını sağlamaya yardımcı olabilir.

Boppart, Beckman Enstitüsü’nde ve Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nde (UIUC) Uygulamalı Sağlık Bilimleri Koleji’nde (CAHS) kinesiyoloji ve toplum sağlığı profesörüdür. UIUC’ye katılmadan önce Boppart, ABD Hava Kuvvetleri’nde yüksek irtifa sağlık tehlikeleri konusunda uzmanlaşmış bir subay ve havacılık fizyoloğuydu. Şu anki araştırması, hareketliliğin ve egzersizin sınırlı olduğu durumlarda gücü geri kazanma stratejilerine yol açacağını umduğu moleküler düzeyde kas kaybı ve kazancına odaklanıyor.

Bu durum, mikro yerçekiminde geçirilen sürenin insan vücudu üzerinde yaratabileceği etki düşünüldüğünde sorun teşkil etmektedir. Bu fizyolojik etkiler, NASA’nın ünlü İkizler Çalışması gibi ISS’de devam eden çalışmalar sayesinde iyi bir şekilde belgelenmiştir. Boppart’ın yakın tarihli bir Beckman Enstitüsü basın açıklamasında belirttiği gibi:

“Astronotlar sadece iki hafta sonra kas kütlesinin %20’sine kadarını ve her ay kemik mineral yoğunluğunun %1-2’sini kaybedebilirler. Uzay yolculuğu ne kadar uzun olursa, insan vücudundaki dokuların ve fizyolojik sistemlerin bozulması o kadar fazla olur. en yoğun [exercise] uzayda gerçekleştirilen protokoller, mikro yerçekiminin olumsuz etkilerinin üstesinden gelmek için yeterli değildir. İdeal olarak egzersiz ilkelerine dayanan geleneksel egzersize alternatifler gereklidir.”

Boppart ve meslektaşları, NASA İnsan Araştırmaları Programı tarafından finanse edilen bir enstitü olan Uzay Sağlığı İçin Çeviri Araştırma Enstitüsü’nün (TRISH) Uzay Sağlığı için Biyomedikal Araştırma Gelişmeleri (BRASH) talebine yanıt olarak uzay araştırmaları için hücrelerin yenileyici gücünü araştırmaya başladılar. Enstitü, araştırmacılardan insan vücudunun kendi bakım ve hücresel onarım yeteneklerini geliştirerek astronot sağlığını ve performansını sağlamaya yönelik yeni yöntemler araştırmalarını istedi. Bu yöntemlerin, NASA’nın Artemis programı ve gelecekte Mars’a mürettebatlı görevler dahil olmak üzere uzun süreli keşif görevlerinin bir parçası olacağını belirttiler.

Artemis’in görev mimarisi, dört astronottan oluşan mürettebatı Ay’a taşıyacak olan Orion uzay aracıdır. Bu program, 1972’de iniş yapan Apollo 17 görevinden bu yana ilk kez iki astronotun ay yüzeyine (Artemis III) gönderilmesini sağlayacak. önümüzdeki on yılda Mars misyonlarını kolaylaştırmak için Artemis Ana Kampı ve Ay Geçidi gibi altyapının oluşturulmasını içerecektir.

Orion uzay aracı, yatakhane, yemekhane ve kontrol odasını birleştiren üç işleve hizmet edecek şekilde tasarlandığından, sınırlı bir hacme sahiptir. Toplam basınçlı hacmi 20 metreküp (690,6 ft) iken³), yaşanabilir alan yalnızca 9 metreküp (316 ft)³) hacim olarak. Bu, astronotların ISS’de erişebildiği şeylere benzer direnç ve dayanıklılık ekipmanı için çok az yer bırakır. Bunun yerine Boppart ve ekibi, insan vücudunda egzersiz sırasında ve sonrasında meydana gelen hücresel aktiviteye odaklandı.

Anaerobik (ağırlık kaldırmak) veya aerobik (koşu vb.) faaliyetlerde bulunduğumuzda, vücudumuz bir “stres tepkisi” ile tepki verir. Bu, vücudun aktif kalma yeteneğini artırmak için kan dolaşımına salınan endorfin gibi kimyasallardan oluşur. Bu kimyasal yüklerin bazıları, restoratif kimyasalları hücreden hücreye aktarma yetenekleriyle adlandırılan, hücre dışı veziküller olarak bilinen koruyucu bir lipit tabakasına (yağ hücreleri) sarılır. Boppart ve ekibi, hücre dışı keseciklerin ve taşıdıkları kimyasalların, hiç egzersiz yapılmamış olsa bile egzersizin onarıcı etkilerini tetikleyebileceğini teorileştiriyor.

Boppart ve meslektaşları, araştırmaları için TRISH tarafından önümüzdeki iki yıl içinde dağıtılmak üzere 1 milyon dolarlık bir hibe aldı. Çalışmalarının geniş amacı, bir laboratuvarda doğal olarak (gönüllülerden) ve yapay olarak üretilen hücre dışı vezikülleri kullanmaktır. Astronotlara uygulandığında, bu veziküller astronotlardaki egzersizin onarıcı etkisini çoğaltacak ve çok fazla yer kaplayan ağır ekipmana ihtiyaç duymadan mikro yerçekiminin etkileriyle mücadele edecek. Boppart’ın özetlediği gibi:

“Egzersiz yaptığımızda sadece kaslarımız değil, beyin ve deri dahil tüm dokular fayda sağlıyor. TRISH sponsorluğundaki çalışmamız, egzersiz sonrası salınan hücre dışı keseciklerin uzayda insan sağlığını koruma yeteneğini doğrudan test edecek. Hedef astronotlar. Bu finanse edilen çalışma için popülasyon, ancak sonuç potansiyel olarak yaşlanma, sakatlık ve hatta hastalık dahil olmak üzere hareketsizlik ve kullanmamaya bağlı çeşitli koşulları önlemek, sürdürmek veya tedavi etmek için kullanılabilir ve bu da son derece tatmin edici olacaktır.”