Космос разбивает сердца: смогут ли астронавты выжить, покоряя дальние планеты?

Учёные из Медицинского института Джонса Хопкинса провели уникальный эксперимент , отправив образцы биоинженерных тканей человеческого сердца на Международную космическую станцию (МКС). В течение 30 дней 48 образцов находились в условиях микрогравитации, что позволило исследователям лучше изучить влияние космоса на функционирование нашей главной мышцы.

Результаты оказались неутешительными для будущих космических путешественников. Учёные обнаружили, что ткани сердца "чувствуют себя в космосе крайне неважно". За время пребывания на МКС сила сокращений тканей снизилась примерно вдвое по сравнению с контрольными образцами, оставшимися на Земле.

Профессор Деок-Хо Ким, руководивший проектом, отметил: полученные результаты сильно расширяют знания учёных о потенциальном влиянии микрогравитации на здоровье и выживаемость астронавтов во время длительных миссий.

Для создания экспериментального материала исследователи использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), которые были преобразованы в кардиомиоциты - клетки сердечной мышцы. Затем ткани поместили в миниатюрный биоинженерный чип.

Доставка образцов на МКС превратилась в настоящее приключение. Джонатан Цуй, один из исследователей, лично перевозил камеры с тканями на самолёте во Флориду, а затем в течение месяца ухаживал за ними в Космическом центре Кеннеди до запуска миссии SpaceX CRS-20 в марте 2020 года.

На борту МКС астронавт Джессика Меир еженедельно обновляла питательную среду и через определённые интервалы времени отделяла фрагменты органов для последующего анализа генов и микроскопического исследования. В это время учёные на Земле каждые полчаса получали данные о силе сокращений тканей и ритме их биения.

После возвращения сердец на Землю исследователи провели тщательный анализ. Анализ показал, что помимо ослабления сократительной способности, у сердечных тканей в космосе развилась аритмия, которая у живого человека может привести к сердечной недостаточности. Интервал между сокращениями тканей на МКС увеличился почти в пять раз.

Изменения обнаружились и на клеточном уровне. Саркомеры - белковые комплексы в мышечных клетках, отвечающие за сокращение, стали короче и менее упорядоченными - один из самых характерных признаков для кардиологических заболеваний. Митохондрии (энергетические станции клеток) увеличились в размерах, стали более округлыми и потеряли характерные складки, помогающие производить и использовать энергию.

Генетический анализ тканей, проведенный Девином Мэйром и его коллегами, показал увеличение активности генов, связанных с воспалением и окислением - еще один распространенный “звоночек” для людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями. По словам Мэйра, многие из этих признаков окислительного стресса и воспаления регулярно выявляются у астронавтов во время медицинских осмотров после возвращения на Землю.

Исследователи не остановились на достигнутом. В 2023 году лаборатория Кима отправила на МКС вторую партию трёхмерных инженерных тканей сердца для проверки лекарств, которые могут защитить клетки от воздействия микрогравитации. Исследование продолжается до сих пор, и учёные полагают, что эти же препараты могут помочь людям поддерживать функцию сердца по мере старения.

Команда Кима продолжает совершенствовать свою систему "ткань на чипе" и изучает влияние радиации на сердечные ткани в Лаборатории космической радиации НАСА. Хотя МКС находится на низкой околоземной орбите, где магнитное поле Земли защищает обитателей от большей части космического излучения, этот фактор остаётся важным для будущих дальних космических полётов.