Der Biophysiker Jonathan Tsui stattete das Kennedy Space Center der NASA mit kleinen, kompakten Kammern aus, die 48 Fragmente menschlichen Herzgewebes enthielten. Diese wurden an Bord eines SpaceX-Raumschiffs verladen und für einen Monat zur Internationalen Raumstation (ISS) geschickt. mit dem Ziel, die Auswirkungen niedriger Schwerkraftbedingungen auf das menschliche Herz als Vorbereitung auf eine langfristige Raumfahrt zu untersuchen.
Bereits nach 30 Tagen im Weltraum zeigten die Herzgewebeproben nicht nur eine Schwächung, sondern zeigten auch unregelmäßige Herzschläge und charakteristische Alterserscheinungen.
Die Studienergebnisse wurden am Dienstag in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. „Mit den aktuellen Plänen für bemannte Missionen zum Mars und darüber hinaus, „Die Notwendigkeit, die schädlichen Auswirkungen von Langzeit-Raumflügen auf den Körper besser zu verstehen, ihnen vorzubeugen und ihnen entgegenzuwirken, wird immer wichtiger.“ schreiben die Forscher im Artikel.
Die Verwendung von humaninduzierten pluripotenten Stammzellen
Wissenschaftler wissen seit langem, dass Bedingungen geringer Schwerkraft und Schwerelosigkeit schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben. Muskelschwund, Knochenschwund, verminderte Herzfunktion und unregelmäßiger Herzschlag sind nur einige der Symptome, die Astronauten betreffen können, die sich längere Zeit im Weltraum aufhalten.
Die meisten, aber nicht alle dieser Probleme verschwinden mit der Zeit nach der Rückkehr zur Erde. Doch um diese Gesundheitsprobleme besser zu verstehen, wollten Wissenschaftler sie auf molekularer Ebene untersuchen, was bisher schwierig zu erreichen war.
Das Team nutzte vom Menschen induzierte pluripotente Stammzellen (die sich in verschiedene Zelltypen verwandeln können) und induzierte sie dazu, menschliche Herzmuskelzellen zu werden. Dann verbanden sie die einzelnen Proben, die jeweils zwischen einem Säulenpaar montiert waren. Eine Säule pro Gewebeprobe war starr, während die andere flexibel war, sodass sich das Gewebe wie ein schlagendes Herz zusammenziehen konnte. Die flexible Säule enthielt einen Magneten, der Gewebekontraktionsdaten an einen Sensor übermittelte.
Das gesamte System heißt „Heart-on-a-Chip“ und war in einem kleinen Gerät untergebracht, das die Kammer eines erwachsenen menschlichen Herzens nachahmte, mit dem Tsui nach Florida reiste, wo er es vor dem Start einen Monat lang weiter pflegen musste . An Bord der ISS kümmerte sich die Astronautin Jessica U. Meir um die Gewebe, was bedeutete, dass sie jede Woche ihre Nährflüssigkeit wechselten.
Als sich das Herzgewebe an Bord der ISS zusammenzog, erhielt das Forschungsteam am Boden Echtzeitdaten. Sie verglichen die erhaltenen Zahlen mit Messungen einer Reihe identischer Proben, die auf der Erde verblieben waren. Als der Core-on-Chip von der ISS zurückkehrte, Das Team setzte seine Analyse fort und die Ergebnisse waren überraschend.
Was haben sie gefunden?
Das Herzgewebe hatte sich so entwickelt, dass es mit halb so viel Kraft schlug wie irdische Proben. und der Zeitraum zwischen den Schlägen war fünfmal länger. Unregelmäßiger Herzschlag, bekannt als Arrhythmie, kann zu Herzversagen führen. Aber nach der Rückkehr zur Erde normalisierten sich die Gewebekontraktionen wieder.
Auf molekularer Ebene waren Sarkomere – Proteine, die die Kontraktion erleichtern – nach der Exposition gegenüber dem Weltraum kürzer und ungeordnet, und die Mitochondrien der Zellen, die für die Energieproduktion verantwortlich sind, waren verzerrt.
Letztes Jahr schickten Wissenschaftler eine weitere Runde Proben an Bord der ISS. Diesmal, um Medikamente zu testen, die den Auswirkungen der geringen Schwerkraft entgegenwirken könnten. Die Studie wird fortgesetzt, und da die Auswirkungen einer geringen Schwerkraft auf das Herzgewebe denen des Alters ähneln, Die Ergebnisse könnten Auswirkungen auf die Behandlung altersbedingter Herzprobleme haben.
Artikelreferenz:
Devin Mair et.al, Raumfahrtinduzierte kontraktile und mitochondriale Dysfunktion in einer automatisierten Heart-on-a-Chip-Plattform. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. https://doi.org/10.1073/pnas.240464412
