Учёные из Института стволовых клеток Санford при Калифорнийском университете в Сан-Диего обнаружили, что космический полёт ускоряет старение гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников (HSPCs). Они играют важную роль в здоровье крови и иммунной системы.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Stem Cell, команда использовала автоматизированные системы слежения за стволовыми клетками на основе искусственного интеллекта (ИИ) в четырёх миссиях SpaceX Commercial Resupply Services на Международную космическую станцию (МКС), чтобы отслеживать изменения стволовых клеток в режиме реального времени.
Результаты показывают, что клетки потеряли часть своей способности создавать здоровые новые клетки, стали более склонны к повреждению ДНК и показали признаки более быстрого старения на концах своих хромосом после космического полёта — все это признаки ускоренного старения.
«Космос — это экстремальный тест на прочность для человеческого тела», — сказала Катриона Джеймисон, доктор медицинских наук, директор Института стволовых клеток Санфорд и профессор медицины в Школе медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего.
«Эти результаты критически важны, поскольку показывают, что факторы стресса в космосе, такие как микрогравитация и космическое галактическое излучение, могут ускорять молекулярное старение стволовых клеток крови».
«Понимание этих изменений не только помогает нам защитить астронавтов во время длительных миссий, но и помогает нам моделировать старение человека и такие заболевания, как рак, здесь, на Земле. Это важные знания, поскольку мы вступаем в новую эру коммерческих космических путешествий и исследований на низкой околоземной орбите».
Предыдущие исследования NASA
Предыдущие исследования NASA показали, что космический полёт может влиять на иммунную функцию и длину теломер. Одним из таких исследований стало исследование NASA Twins Study — знаковый годичный эксперимент (2015–2016), в ходе которого астронавт Скотт Келли провёл 340 дней на МКС, в то время как его идентичный близнец Марк Келли оставался на Земле.
Исследование отслеживало изменения в генетике, физиологии, когнитивных способностях и микробиоме и выявило изменённую экспрессию генов, сдвиги в длине теломер и изменения в микробиоме кишечника. Однако многие из этих изменений исчезли или вернулись к норме после возвращения астронавта Келли на Землю. Исследование выявило некоторые устойчивые изменения, такие как увеличение количества коротких теломер и нарушения в экспрессии генов, которые могут быть важны для более длительных космических миссий.
Новое исследование
Это исследование, проведённое под руководством Калифорнийского университета в Сан-Диего, основано на результатах исследования Twins Study и основополагающей работы группы Space Omics and Medical Atlas, которая опубликовала 44 научные статьи по аэрокосмической медицине и космической биологии в журнале Nature. Сосредоточившись на HSPCs, исследование предоставило детальный механистический взгляд на то, как космос запускает молекулярное старение, на что намекало исследование Twins Study, но не могло полностью изучить на клеточном уровне.
Для проведения исследования исследователи, включая Space Tango, разработали новую платформу «нанобиореактор» — миниатюрные трёхмерные биосенсорные системы, которые позволили культивировать человеческие стволовые клетки в космосе и отслеживать их с помощью инструментов визуализации на базе ИИ.
Результаты исследования:
* Примечательно, что когда эти подвергшиеся воздействию космоса клетки были позже помещены в молодую, здоровую среду, часть повреждений начала устраняться, что позволяет предположить возможность омоложения стареющих клеток с помощью правильных вмешательств.
* Эти результаты имеют значение не только для здоровья астронавтов, но и для понимания механизмов старения и связанных с возрастом заболеваний, таких как рак, на Земле.
* Они подчёркивают необходимость разработки новых мер противодействия для защиты функции стволовых клеток во время длительных космических миссий и поддерживают разработку биологических маркеров для раннего выявления старения, вызванного стрессом.
«Мы рады, что эта прорывная работа публикуется для более широкого научного и космического сообщества», — сказал Тьюман Клементс, президент и соучредитель Space Tango.
«Как и многие другие достижения, этот результат стал результатом совместных усилий, объединивших Центр орбитальных исследований интегрированных космических стволовых клеток в рамках SSCI, Space Tango и других. Сочетание возможностей CubeLab от Space Tango, особенно постоянной микроскопии, позволило провести эту работу и будет способствовать этому в будущем».
Исследовательская группа планирует продолжить эту работу с дополнительными миссиями на МКС и исследованиями с участием астронавтов, сосредоточив внимание на мониторинге молекулярных изменений в режиме реального времени и потенциальных фармацевтических или генетических мерах противодействия для защиты здоровья человека в космосе и за его пределами. На сегодняшний день SSCI провела 16 миссий на МКС.
«Космические эксперименты настолько сложны, что заставляют вас заниматься более качественной наукой на Земле», — продолжила Джеймисон.
«Космические исследования ускорили технологический прогресс на Земле, упростив наземные исследования и сделав их более актуальными для здоровья человека. То, что мы узнали о раке из наших исследований в космосе, просто поразительно».
Предоставлено Университетом Калифорнии — Сан-Диего.