Loty kosmiczne przyspieszają starzenie się. Dotyczy to ludzkich komórek macierzystych
Ograniczona zdolność do wytwarzania nowych, zdrowych komórek, większa podatność na uszkodzenia DNA i szybsze skracanie końcówek chromosomów – naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego odkryli, że podróże kosmiczne znacznie przyspieszają starzenie komórkowe. Jeśli chcemy wysyłać ludzi daleko poza orbitę ziemską, musimy nauczyć się temu przeciwdziałać. A kto wie, może przy okazji dowiemy się, jak opanować starzenie komórkowe u tych, którzy zostali na Ziemi.
Spis treści:
W badaniach opublikowanych w czasopiśmie naukowym „Cell Stem Cell” zespół uczonych związanych z Uniwersytetem Kalifornijskim w San Diego, przedstawił wyniki zaawansowanych testów prowadzonych na hodowli ludzkich komórek macierzystych w kosmosie. Wykazały one, że podróże kosmiczne przyspieszają starzenie się ludzkich krwiotwórczych komórek macierzystych i progenitorowych (HSPC), które są kluczowe dla utrzymania zdrowia krwi i układu odpornościowego.
Różne typy komórek krwi
– Hematopoetyczne komórki macierzyste i progenitorowe (HSPC) to populacja komórek zdolnych do samoodnowy oraz przeobrażenia w różne typy komórek krwi, takie jak czerwone krwinki, granulocyty, monocyty, limfocyty i płytki krwi. Ich rola jest fundamentalna dla utrzymania prawidłowej produkcji i odnowy komórek krwi w życiu człowieka. W układzie odpornościowym umożliwiają odnowę puli komórek uczestniczących w odpowiedzi immunologicznej, a w układzie krwionośnym stanowią rezerwuar komórek niezbędnych do produkcji krwi i zdolności odpowiedzi na zwiększone zapotrzebowanie, na przykład w sytuacji krwawienia – wyjaśnia dr n. med. inż. Maksymilian Brzezicki, wykładowca medycyny Uniwersytetu Oxfordzkiego, lekarz akademicki w dziedzinie neurologii i neurochirurgii czynnościowej, współpracownik Centrum Badań Kosmicznych PAN. Dr Brzezicki nie jest związany z cytowanymi badaniami.
Chcąc przeprowadzić badania w warunkach kosmicznych, badacze Uniwersytetu Kalifornijskiego – we współpracy z firmą biotechnologiczną Space Tango – opracowali nowatorską platformę nanobioreaktora. Zminiaturyzowane trójwymiarowe systemy biosensoryczne umożliwiły hodowlę ludzkich komórek macierzystych w kosmosie i śledzenie ich zachowania za pomocą narzędzi obrazowania wspieranych przez sztuczną inteligencję.
45 dni w kosmosie
Pozyskane od ludzi HSPC zostały kilkukrotnie eksponowane na warunki liczącego od 32 do 45 dni lotu kosmicznego. Po takim czasie zaczęły wykazywać charakterystyczne oznaki starzenia. Stawały się nadmiernie aktywne, szybko wyczerpując swoje zasoby. A właśnie to jest kluczowe dla długoterminowej regeneracji. Malała również ich zdolność do wytwarzania zdrowych nowych komórek, natomiast oznaki molekularnego zużycia, w tym uszkodzenia DNA i skracanie telomerów, stawały się coraz bardziej widoczne.
– W normalnych, ziemskich, warunkach cykl życia komórki przebiega w spokojnym, wyważonym rytmie. Można to porównać do naszego codziennego harmonogramu: pobudka o 7:00, śniadanie, praca, rower, kolacja, sen. Tymczasem komórki HSPC w kosmosie zachowywały się jak osoba w permanentnym pośpiechu. Ich fazy życiowe drastycznie przyspieszyły, zaczęły pochłaniać ogromne ilości energii i materiałów budulcowych. To tak, jakby ktoś próbował zmieścić cały dzień w kilku godzinach – zjadł kolację o 13:00, pół godziny później zaczynał kolejne śniadanie, szedł do drugiej pracy, a potem jeszcze na nocną zmianę! Łatwo wyobrazić sobie, że po kilku tygodniach takiego tempa komórki były kompletnie wyczerpane, a ich zdolności regeneracyjne znajdowały się na skraju załamania – wyjaśnia dr Brzezicki.
Badanie ujawniło również, że komórki wykazywały stany zapalne i stres w mitochondriach. Jednocześnie uaktywniały się zwykle „ciche” fragmenty genomu, co destabilizowało komórki i mogło osłabiać funkcję układu odpornościowego. Takie reakcje stresowe mogły zwiększać ryzyko chorób, w tym ryzyko nowotworów.
Ostateczny test ludzkiego organizmu
Należy jednak podkreślić, że gdy te same komórki umieszczono później w zdrowym środowisku, część ich uszkodzeń zaczęła się cofać. Może to oznaczać, że przy odpowiednich interwencjach możliwe może być odmłodzenie starzejących się komórek.
– Kosmos to ostateczny test wydolności ludzkiego ciała – powiedziała profesor nauk medycznych i dyrektorka Sanford Stem Cell Institute (SSCI) Catriona Jamieson, główna autorka cytowanego artykułu. – Odkrycia te są niezwykle ważne, ponieważ pokazują, że stresory kosmosu – takie jak mikrograwitacja i promieniowanie kosmiczne – mogą przyspieszać molekularne starzenie się komórek krwiotwórczych.
Badaczka podkreśla, że zrozumienie tych zmian nie tylko pomoże chronić astronautów podczas długotrwałych misji. Umożliwia nam również modelowanie procesu starzenia się i chorób, takich jak rak. – Trzeba pamiętać o fundamentalnej prawdzie: człowiek wyewoluował, aby żyć na Ziemi. Nasze ciało jest dostosowane do ziemskich warunków geofizycznych i chroni nas cały system naturalnych barier przed kosmicznymi zagrożeniami. Tymczasem astronauci muszą zmagać się nie tylko z fizycznymi wyzwaniami kosmosu, ale też z ogromnym obciążeniem psychicznym: intensywną pracą, izolacją od bliskich, snem w stanie nieważkości oraz stresem wynikającym z odpowiedzialności za skomplikowane zadania misyjne – podsumowuje dr Brzezicki.
Źródło: Technology Networks
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.