Влияние микрогравитации на организм человека — это один из самых важных вопросов современной медицины, ведь на ближайшее десятилетие запланировано несколько крупных космических экспедиций, и здоровье астронавтов должно быть превыше всего. Для изучения этого феномена, ученые со всего мира отправляют на МКС образцы стволовых клеток, чтобы посмотреть, как именно они поведут себя в условиях реальной невесомости.
Невесомость, вне всякого сомнения — главный враг женских причесок и опытных пилотов, поскольку чувство направления в таких условиях начинает сбоить. Как выяснилось, с некоторыми клетками в невесомости тоже происходят удивительные вещи. В рамках World Stem Cell Summit (WSCS), ученые описали необычные подробности, которые они выяснили во время исследования влияния микрогравитации на стволовые клетки.
С помощью современной техники на Земле можно смоделировать условия, максимально приближенные к космической невесомости, однако для чистоты эксперимента было решено отправить образцы клеток на 400-километровую высоту, прямо на МКС. Это делается для того, чтобы ответить на три главных вопроса:
Что происходит с организмом человека в космосе?
Среди многочисленных рисков, которым подвергается покидающий Землю организм космонавта, одними из самых значимых являются изменения в сердечно-сосудистой системе. Некоторые исследования свидетельствуют о том, что астронавты склонны к аритмии и атрофии сердца, не говоря уже о деградации остальных систем. Биолог Аруг Шарма и его команда из Стэндфордского университета хотят использовать МКС как базу, в рамках которой можно наблюдать за тем, как именно микрогравитация влияет на сердечную мышцу.
Поскольку реальные клетки человеческого сердца для ученых весьма дефицитный ресурс, а их жизнедеятельность вне тела очень сложно поддерживать, команда вырастила новые с помощью стволовых клеток. Они перепрограммировали клетки кожи и крови трех взрослых людей в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые могут развиваться из базового состояния в любые клетки организма, в том числе и клетки сердца — кардиомиоциты. В июле этого года ракета SpaceX CRS-9 доставила чаши Петри с этими клетками и питательной средой на космическую станцию, в то время как второй такой набор осталтся на Земле в качестве контрольной группы.
Теперь же, когда клетки вернулись обратно, команда приступила к анализу данных. В частности, ученых интересует то, активность каких генов увеличивалась и уменьшалась во время полета, а также то, способны ли эти мышечные клетки сокращаться. По словам Шарма, на первый взгляд ритм клеток во время путешествия был слегка нерегулярным, но по возвращению на Землю он стабилизировался. Другие ученые отмечают, что, кажется, некоторые клетки состарились раньше времени, но эта информация пока не подтверждена.
Почему микрогравитация делает стволовые клетки такими странными?
Длинные космические миссии влияют на состояние организма, но похоже, что на разные типы клеток это влияет по-разному. Иммунолог Мэри Кернс-Йонкер из Университета Лома Линда в Калифорнии экспериментирует с моделируемой микрогравитацией, прикрепляя к клеткам сердечной мышцы тканеспецифические стволовые клетки (которые могут развиться до полноценных мышечных клеток) к специальному устройству под названием «клиностат», которое постоянно вращает их для минимизации воздействия гравитационной силы Земли.
Ее команда обнаружила, что зародышевые клетки детей лучше размножаются в условиях микрогравитации, нежели взрослые, и что они показывают низкие признаки дифференциации (то есть превращения в какие-то конкретные клетки организма), возвращаясь в более примитивное состояние. «Они немного возвращаются назад в развитии, что позволяет им быстрее двигаться вперед», объясняет Мэри. Она обнаружила, что микрогравитация может активировать определенные генетические пути, которые активируются когда поврежденные ткани начинают регенерацию. Как бы то ни было, ее «подопечные» тоже отправятся на МКС, чтобы провести какое-то время в условиях реальной невесомости.
Могут ли клетки, выращенные в условиях микрогравитации, дать нам более эффективные способы лечения?
Команда Кернс-Йонкер уже тестирует потенциальные терапевтические эффекты стволовых клеток, выросших на Земле. В исследованиях, которые еще не опубликованы, они индуцируют сердечные приступы у взрослых овец, а затем вводят им клетки-зародыши, выделенные из сердец новорожденных овец. Но если эти клетки весьма эффективно помогают в лечении, то не окажется ли, что воздействие микрогравитации сделает их еще лучше?
Авва Зубайр, исследователь стволовых клеток в клинике Майо в Джексонвилле, штат Флорида, обладает еще более грандиозным видением будущей терапии: целебные стволовые клетки должны быть выращены на борту МКС. Его работа сосредоточена на геморрагическом инсульте — кровотечении, вызванном разрывом кровеносных сосудов в головном мозге. Он подготавливает клинические испытания, чтобы проверить способность другого типа клеток, известного как мезенхимальные стволовые клетки (МСК), спасти поврежденные нейроны.
В настоящее время он здраво оценивает скорость терапии в «ничтожные» 100−200 миллионов лет — ведь нужные ему клетки размножаются очень медленно и трудно, так что стимулировать их рост пока не получается. Зубайр планирует проверить, окажет ли воздействие микрогравитации влияние на скорость размножения МСК, и, если да, то нельзя ли организовать на орбите Земли лабораторию, где эти клетки будут расти во много раз быстрее? Но вот вопрос — по прежнему ли безопасно будет вводить такие клетки людям?
