מדעני רפואה של ג'ונס הופקינס שארגנו 48 דגימות של רקמת לב מהונדסים ביו-אנושיים לבילוי של 30 יום בתחנת החלל הבינלאומית מדווחים על ראיות לכך שתנאי הכבידה הנמוכים בחלל החלישו את הרקמות ושיבשו את פעימות הקצב הרגילות שלהן בהשוואה לדגימות הקשורות לכדור הארץ מאותה מָקוֹר.
המדענים אמרו שרקמות הלב "באמת לא מסתדרות בחלל", ועם הזמן, הרקמות על סיפון תחנת החלל היכו חזקות בכמחצית מאשר רקמות מאותו מקור שנשמרו על פני כדור הארץ.
הממצאים, הם אומרים, מרחיבים את הידע של המדענים על ההשפעות הפוטנציאליות של כוח הכבידה הנמוך על הישרדותם ובריאותם של האסטרונאוטים במהלך משימות חלל ארוכות, והם עשויים לשמש מודל לחקר הזדקנות שרירי הלב וטיפולים בכדור הארץ.
דוח על ניתוח הרקמות של המדענים יפורסם במהלך השבוע של ה-23 בספטמבר ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.
מחקרים קודמים הראו שחלק מהאסטרונאוטים חוזרים לכדור הארץ מהחלל החיצון עם תנאים הקשורים לגיל, כולל תפקוד מופחת של שרירי הלב והפרעות קצב (פעימות לב לא סדירות), ושחלק מההשפעות, אך לא כולן, מתפוגגות עם הזמן לאחר שובן.
אבל מדענים חיפשו דרכים לחקור השפעות כאלה ברמה התאית והמולקולרית במטרה למצוא דרכים לשמור על בטיחות האסטרונאוטים במהלך טיסות ארוכות בחלל, אומר Deok-Ho Kim, Ph.D., פרופסור להנדסה ביו-רפואית ורפואה בג'ונס. בית הספר לרפואה של אוניברסיטת הופקינס. קים הובילה את הפרויקט לשליחת רקמת לב לתחנת החלל.
כדי ליצור את מטען הלב, המדען ג'ונתן צוי, Ph.D., שידל תאי גזע פלוריפוטנטיים (iPSCs) להתפתח לתאי שריר לב (קרדיומיוציטים). צוי, שהיה Ph.D. סטודנט במעבדה של קים באוניברסיטת וושינגטון, ליווה את קים כפוסט דוקטורט כשקים עברה לאוניברסיטת ג'ונס הופקינס ב-2019. הם המשיכו את מחקר הביולוגיה בחלל בג'ונס הופקינס.
לאחר מכן, צוי הניח את הרקמות בשבב רקמה ממוזער ביו-מהנדס שמחבר את הרקמות בין שני עמודים כדי לאסוף נתונים על אופן פעימות הרקמות (מתכווצות). מארז התלת-ממד של התאים תוכנן לחקות את הסביבה של לב אנושי בוגר בחדר בגודל חצי מהטלפון הסלולרי.
כדי להעלות את הרקמות על סיפון משימת SpaceX CRS-20, ששוגרה במרץ 2020 לכיוון תחנת החלל, צוי אומר שהוא נאלץ לשאת ביד את תאי הרקמות במטוס לפלורידה, ולהמשיך לטפל ברקמות במשך חודש במכון. מרכז החלל קנדי. Tsui הוא כיום מדען בחברת Tenaya Therapeutics, חברה המתמקדת במניעת מחלות לב ובטיפול.
ברגע שהרקמות היו על תחנת החלל, המדענים קיבלו נתונים בזמן אמת במשך 10 שניות כל 30 דקות על עוצמת ההתכווצות של התאים, המכונה כוחות עווית, ועל כל דפוסי פעימה לא סדירים. האסטרונאוטית ג'סיקה מאיר, Ph.D., MS, שינתה את הנוטריינטים הנוזליים המקיפים את הרקמות פעם בשבוע ושמרה רקמות במרווחי זמן ספציפיים לקריאה מאוחרת יותר של גנים וניתוחי הדמיה.
צוות המחקר שמר על קבוצה של רקמות לב שפותחו באותו אופן בכדור הארץ, שוכנות באותו סוג של תא, לצורך השוואה עם הרקמות בחלל.
כאשר תאי הרקמות חזרו לכדור הארץ, צוי המשיך לתחזק ולאסוף נתונים מהרקמות.
"כמות מדהימה של טכנולוגיה חדשנית בתחומי הנדסת תאי גזע ורקמות, חיישנים ביולוגיים וביו-אלקטרוניקה, וייצור מיקרו הושקעה בהבטחת הכדאיות של הרקמות הללו בחלל", אומר קים, שצוותו פיתח את שבב הרקמות לפרויקט זה. הבאים.
דווין מאיר, Ph.D., לשעבר Ph.D. סטודנט במעבדה של קים וכעת פוסט-דוקטורט בג'ונס הופקינס, ניתח אז את יכולתן של הרקמות להתכווץ.
בנוסף לאיבוד כוח, רקמות שרירי הלב בחלל פיתחו פעימות לא סדירה (הפרעות קצב) -; שיבושים שעלולים לגרום ללב אנושי להיכשל. בדרך כלל, הזמן בין פעימה אחת של רקמת לב לשנייה היא בערך שנייה. מידה זו, ברקמות שעל סיפון תחנת החלל, גדלה להיות ארוכה כמעט פי חמישה מאלו שעל כדור הארץ, אם כי הזמן בין פעימות חזר כמעט לנורמה כאשר הרקמות חזרו לכדור הארץ.
המדענים מצאו גם, ברקמות שיצאו לחלל, שסרקומרים -; צרורות החלבון בתאי השריר שעוזרים להם להתכווץ -; הפך קצר יותר ומסודר יותר, סימן היכר של מחלת לב אנושית.
בנוסף, המיטוכונדריה המייצרת אנרגיה בתאים הקשורים לחלל גדלו, עגולים יותר ואיבדו את הקפלים האופייניים שעוזרים לתאים להשתמש ולהפיק אנרגיה.
לבסוף, מאיר, יון היון אהן, Ph.D. -; עוזר פרופסור מחקר להנדסה ביו-רפואית -; וג'יפנג דונג, דוקטור ג'ונס הופקינס. סטודנט, למד את קריאת הגנים ברקמות השוכנות בחלל ובכדור הארץ. הרקמות בתחנת החלל הראו ייצור גנים מוגבר המעורב בדלקת ובנזק חמצוני, גם הם סימני היכר של מחלות לב.
"רבים מהסממנים הללו של נזק חמצוני ודלקת מודגמים בעקביות בבדיקות לאחר טיסה של אסטרונאוטים", אומר מאיר.
המעבדה של קים שלחה אצווה שנייה של רקמות לב מהונדסות בתלת-ממד לתחנת החלל בשנת 2023 כדי לבדוק תרופות שעשויות להגן על התאים מהשפעות הכבידה הנמוכה. מחקר זה נמשך, ולפי המדענים, אותן תרופות עשויות לעזור לאנשים לשמור על תפקוד הלב ככל שהם מתבגרים.
המדענים ממשיכים לשפר את מערכת ה"רקמה על שבב" שלהם וחוקרים את השפעות הקרינה על רקמות הלב במעבדת הקרינה בחלל של נאס"א. תחנת החלל נמצאת במסלול נמוך של כדור הארץ, שם השדה המגנטי של כוכב הלכת מגן על הדיירים מרוב ההשפעות של קרינת החלל.
קים הוא מייסד שותף, חבר מועצת ייעוץ מדעי ומחזיק מניות של Curi Bio, המפתחת פלטפורמות רקמות מהונדסות ביו לפיתוח תרופות. אהן הוא בן זוגה של קים ומשמש כחוקר שותף או חוקר ראשי של מענקי NIH: UG3EB028094, UH3TR003519 ו-R21CA220111.
המימון למחקר ניתן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (UG3EB028094, UH3TR003519, UH3TR003271, R01HL164936, R01HL156947, R21CA220111).
חוקרים נוספים שתרמו למחקר הם ג'פרי צ'ן מג'ונס הופקינס, טיי היגאשי, אלק סמית' ונתן סניאדצקי מאוניברסיטת וושינגטון, פול קניג וסטפני קאנטרימן מאוניברסיטת קולורדו בולדר, ופיטר לי מאוניברסיטת בראון.
