Людські стовбурові клітини зношуються та старіють значно швидше в умовах космосу, що створює серйозну перешкоду для всіх, хто планує тривалі подорожі нашою Сонячною системою. Дослідники, використовуючи штучний інтелект, відстежували зміни в стовбурових клітинах, які були доставлені на Міжнародну космічну станцію (МКС) за допомогою місій постачання компанії SpaceX. Виявилося, що в космосі стовбурові клітини втрачали частину своєї здатності до створення нових клітин, ставали більш вразливими до пошкоджень ДНК та старіли зі прискореною швидкістю. Ці тривожні висновки були оприлюднені в заяві дослідників.
Ці результати, опубліковані 4 вересня в престижному науковому журналі Cell Stem Cell, доповнюють попередні дослідження в галузі космічної медицини, які вже вказували на чималі виклики для тривалого перебування людей у космосі. Подолання цих проблем є визначальним, якщо людство прагне колонізувати інші планети, як-от Марс.
Космос як “абсолютний стрес-тест”
“Космос є абсолютним стрес-тестом для людського тіла”, — зазначила у своїй заяві співавторка дослідження Катріона Джеймісон, директорка Інституту стовбурових клітин імені Сенфорда та професорка медицини в Університеті Каліфорнії в Сан-Дієго. Вона підкреслила важливість цих відкриттів: “Ці висновки є критично важливими, оскільки вони показують, що стресові чинники космосу — такі як мікрогравітація та космічна галактична радіація — можуть прискорювати молекулярне старіння стовбурових клітин крові”.
Людський організм не пристосований до космічного середовища. Там ми піддаємося абсолютно іншим екологічним навантаженням. Двома основними стресовими чинниками, що завдають шкоди, є майже повна невагомість мікрогравітації та космічна радіація — крихітні, субатомні частинки, що рухаються крізь простір.
Міжнародна космічна станція (МКС), на якій проводились дослідження, є унікальною орбітальною лабораторією, що є плодом спільної праці п’яти космічних агентств: NASA (США), Роскосмосу (Росія), JAXA (Японія), ESA (Європа) та CSA (Канада). Вона обертається навколо Землі на висоті близько 400 кілометрів і дозволяє проводити довготривалі експерименти в умовах мікрогравітації, що є неможливим на Землі. Компанія SpaceX, заснована Ілоном Маском, є провідним гравцем у приватній космічній індустрії, відома своїми багаторазовими ракетами Falcon 9 та космічними кораблями Dragon, які регулярно доставляють вантажі, а також астронавтів на МКС.
Виклики для космічних мандрівників
Попередні дослідження вже задокументували, що люди зазнають різноманітних негативних наслідків для здоров’я в космосі. Наприклад, дослідження 2022 року виявило, що астронавти втрачають десятиліття кісткової маси після проведення понад шести місяців на орбіті. Деякі вчені навіть припускають, що колонізація Марса, четвертої планети від Сонця та нашої найближчої планетарної сусідки, яка розглядається як потенційний дім для людства, може вимагати певної генетичної модифікації ДНК, аби наші тіла змогли пристосуватися до життя поза межами рідної планети.
У новому дослідженні вчені зосередилися на гемопоетичних стовбурових та прогеніторних клітинах (HSPCs). Ці клітини відіграють надзвичайно важливу роль у підтримці здоров’я імунної системи та моніторингу ракових захворювань. Попередні роботи показали, що вплив мікрогравітації може впливати на імунні та метаболічні зміни, але не було досконально вивчено, як перебування в космосі впливає на молекулярну цілісність та функціональну спроможність HSPCs.
Команда отримала людські клітини з кісткового мозку добровольців, які проходили процедури заміни тазостегнового суглоба. Потім ці клітини вирощували в нанобіореакторі — спеціальному пристрої, що дозволяє проводити біологічні реакції в контрольованих умовах. Дослідники проводили експеримент як на Землі, так і під час чотирьох місій на МКС.
Відкриття штучного інтелекту та промінь надії
Використовуючи інструменти візуалізації, що працюють на базі штучного інтелекту, для моніторингу клітинної активності, вчені помітили, що зміни в космічних зразках були схожі на ті, що спостерігаються при нормальному клітинному старінні на Землі, проте відбувалися вони зі значно прискореною швидкістю. Наприклад, клітини були більш активними, ніж зазвичай, і втрачали свою здатність до відпочинку та відновлення. Дослідники також спостерігали більшу активність у частині “темного геному” — маловивчених ділянок геному, пов’язаних зі стресовими реакціями та процесами старіння.
Хоча висновки дослідження малюють досить гнітючу картину для тривалих космічних подорожей, вони все ж містять промінь надії. Пошкодження, зафіксовані в клітинах, почали повертатися до норми, коли їх помістили в молоде, здорове тканинне середовище. Це відновлення свідчить про те, що, можливо, вдасться омолодити старіючі клітини.
Зміни клітин та прискорене старіння, задокументовані в новому дослідженні, можуть допомогти вченим краще захищати астронавтів, що проводять час у космосі, а також людей, які старіють у нормальних умовах на Землі. “Розуміння цих змін не тільки допомагає нам захищати астронавтів під час довготривалих місій, а й допомагає моделювати старіння людини та такі хвороби, як рак, тут, на Землі”, — зазначила Джеймісон. “Це суттєві знання, оскільки ми вступаємо в нову еру комерційних космічних подорожей та досліджень на низькій навколоземній орбіті”.
