Các tế bào tim của con người bị thay đổi bởi ánh sáng không gian, nhưng trở lại (hầu hết) bình thường trên Trái đất

Tác giả nghiên cứu cao cấp Joseph C. Wu thuộc Đại học Y Stanford chia sẻ: “Nghiên cứu của chúng tôi là tiểu thuyết vì đây là nghiên cứu đầu tiên sử dụng tế bào gốc đa năng do con người tạo ra để nghiên cứu tác động của ánh sáng không gian lên chức năng tim của con người. Trọng lực là một môi trường không được hiểu rõ lắm về mặt tác động tổng thể của nó lên cơ thể con người và các nghiên cứu như thế này có thể giúp làm sáng tỏ cách các tế bào của cơ thể hoạt động trong không gian, đặc biệt là khi thế giới bắt đầu nhiều hơn và nhiệm vụ không gian dài hơn như lên mặt trăng và sao Hỏa. “

Các nghiên cứu trong quá khứ đã chỉ ra rằng ánh sáng không gian gây ra những thay đổi sinh lý trong chức năng tim bao gồm giảm nhịp tim, giảm áp lực động mạch và tăng cung lượng tim. Nhưng cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu sinh lý vi trọng lực tim mạch đã được tiến hành ở các mô hình không phải của con người hoặc ở cấp độ mô, cơ quan hoặc hệ thống. Tương đối ít được biết về vai trò của vi trọng lực trong việc ảnh hưởng đến chức năng tim của con người ở cấp độ tế bào.

Để giải quyết câu hỏi này, Wu và các cộng tác viên của mình (bao gồm cả sinh viên tốt nghiệp Alexa Wnorowski, cựu sinh viên tốt nghiệp Stanford Arun Sharma, hiện là nghiên cứu viên tại Cedars-Sinai ở Los Angeles, và cựu sinh viên tốt nghiệp Stanford đã trở thành nhà du hành vũ trụ của con người Kathleen Rubins) tế bào cơ tim có nguồn gốc tế bào (hiPSC-CM). Họ đã tạo ra các dòng hiPSC từ ba cá nhân bằng cách lập trình lại các tế bào máu và sau đó phân biệt chúng thành các hiPSC-CM.

Đánh bại các hiPSC-CM sau đó được phóng lên Trạm vũ trụ quốc tế trên tàu vũ trụ SpaceX như một phần của nhiệm vụ dịch vụ tiếp tế thương mại. Đồng thời, các hiPSC-CM điều khiển mặt đất được nuôi cấy trên Trái đất nhằm mục đích so sánh.

Khi trở về Trái đất, các hiPSC-CM bay trong không gian cho thấy cấu trúc và hình thái bình thường. Tuy nhiên, họ đã thích nghi bằng cách sửa đổi mô hình đập và mô hình tái chế canxi của họ.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã thực hiện giải trình tự RNA của hiPSC-CM được thu hoạch sau 4,5 tuần trên Trạm vũ trụ quốc tế và 10 ngày sau khi trở về Trái đất. Những kết quả này cho thấy 2.635 gen được thể hiện khác nhau giữa các mẫu bay, sau chuyến bay và kiểm soát mặt đất. Đáng chú ý nhất là các con đường gen liên quan đến chức năng của ty thể được thể hiện nhiều hơn trong các hiPSC-CM bay trong không gian. Một so sánh các mẫu đã tiết lộ rằng các hiPSC-CM áp dụng kiểu biểu hiện gen duy nhất trong không gian ánh sáng, nó trở lại một mẫu tương tự như các điều khiển trên mặt đất khi trở về trọng lực bình thường.

Wu cho biết: “Chúng tôi ngạc nhiên về việc các tế bào cơ tim của con người có thể thích nghi nhanh như thế nào với môi trường mà chúng được đặt, bao gồm cả vi trọng lực. Những nghiên cứu này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về các cơ chế tế bào có thể mang lại lợi ích cho sức khỏe của phi hành gia trong chuyến bay vũ trụ trong thời gian dài hoặc có khả năng đặt nền tảng cho những hiểu biết mới về cải thiện sức khỏe tim trên Trái đất.”

Theo Wu, những hạn chế của nghiên cứu bao gồm thời gian ngắn và việc sử dụng nuôi cấy tế bào 2D. Trong các nghiên cứu trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch kiểm tra tác động của ánh sáng không gian và vi trọng lực bằng cách sử dụng các mô tim 3D có nguồn gốc hiPSC có liên quan đến sinh lý với nhiều loại tế bào khác nhau, bao gồm cả các tế bào mạch máu. 

Wu nói thêm: “Chúng tôi cũng có kế hoạch thử nghiệm các phương pháp điều trị khác nhau trên các tế bào tim của con người để xác định xem chúng tôi có thể ngăn ngừa một số thay đổi mà các tế bào tim trải qua trong không gian vũ trụ hay không”.

Công trình này được hỗ trợ bởi Trung tâm vì sự tiến bộ của khoa học trong không gian (CASIS), một Học viện nghiên cứu sau đại học về khoa học và kỹ thuật quốc phòng của Bộ Quốc phòng (AW), một Hiệp hội nghiên cứu tiền sinh của Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ (AHA), Học bổng nghiên cứu sau đại học của Quỹ khoa học quốc gia Chương trình, NIH, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của AHA, Giải thưởng Tiên phong của Giám đốc NIH, Hiệp hội Sinh học Tế bào Tiên sinh NHLBI, Hiệp hội Hỗ trợ AHA, Đổi mới Nền tảng Sáng tạo của AHA trong Khoa học Điều tiết và Giải thưởng Điều tra viên của AHA. BioServe Space Technologies và SpaceX là đối tác triển khai.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Cell Press . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Alexa Wnorowski, Arun Sharma, Haodong Chen, Haodi Wu, Ning-Yi Shao, Nazish Sayed, Chun Liu, Stefanie Countryman, Louis S. Stodieck, Kathleen H. Rubins, Sean M. Wu, Peter HU Lee, Joseph C. Wu. Tác dụng của Spaceflight đối với cấu trúc và chức năng tế bào cơ tim có nguồn gốc từ tế bào gốc đa năng do con người gây ra . Báo cáo tế bào gốc , 2019; DOI: 10.1016 / j.stemcr.2019.10.006