SpaceFlight urychluje stárnutí kmenových buněk lidské krve

Vědci z Kalifornie University of California San Diego Sanford Stem Cell Institute zjistili, že kosmické lety urychluje stárnutí lidských hematopoetických kmenových a progenitorových buněk (HSPC), které jsou životně důležité pro zdraví krve a imunitního systému. Ve studii zveřejněné ve Buněčné buňkyTým používal automatizované umělé inteligence (AI) spravovanými nanobioreaktorovými systémy pro sledování kmenových buněk ve čtyřech misích komerčních servisních služeb SpaceX na Mezinárodní kosmickou stanici (ISS) ke sledování změn kmenových buněk v reálném čase. Zjištění ukazují, že buňky ztratily část své schopnosti vytvářet zdravé nové buňky, byly náchylnější k poškození DNA a vykazovaly známky rychlejšího stárnutí na koncích jejich chromozomů po kosmickém letu – všechny známky zrychleného stárnutí.

Prostor je konečný stresový test na lidské tělo. Tato zjištění jsou kriticky důležitá, protože ukazují, že stresory prostoru – jako mikrogravita a kosmické galaktické záření – mohou urychlit molekulární stárnutí krevních kmenových buněk. Porozumění těmto změnám nejen informuje o tom, jak chráníme astronauty během dlouhodobých misí, ale také nám pomáhá modelovat stárnutí a nemoci, jako je rakovina na Zemi. To je nezbytné znalosti, když vstupujeme do nové éry cestování komerčního vesmíru a výzkumu na nízké oběžné dráze Země. “

Catriona Jamieson, MD, Ph.D., ředitelka Sanford Stem Cell Institute a profesor medicíny na UC San Diego School of Medicine

Předchozí studie NASA ukázaly, že kosmické lety mohou ovlivnit imunitní funkci a délku telomer. Jedna taková studie – studie NASA Twins – byla mezník, celoroční experiment (2015–2016), kde astronaut Scott Kelly strávil 340 dní na palubě ISS, zatímco jeho identické dvojče, Mark Kelly, zůstalo na Zemi. Studie sledovala změny napříč genetikou, fyziologií, poznáváním a mikrobiom a našli změněnou expresi genu, posuny v délce telomer a změny ve střevním mikrobiomu. Mnoho z těchto změn se však poté, co se astronaut Kelly vrátil na Zemi, se obrátil nebo se vrátil k normálu. Studie identifikovala některé přetrvávající změny, jako je zvýšený počet krátkých telomerů a narušení exprese genu, což by mohlo být relevantní pro delší kosmické mise.

Tato studie vedená UC San Diego staví na nálezech studie dvojčat a klíčové práci Space Omics and Medical Atlas Group, která publikovala 44 vědeckých prací o letecké medicíně a biologii vesmíru v přírodě. Zaměřením konkrétně na HSPCS studie poskytla podrobný mechanistický pohled na to, jak vesmír vyvolává molekulární stárnutí, něco, na co studie dvojčat naznačila, ale nemohla plně prozkoumat na buněčné úrovni.

Pro provedení studie vyvinuli vědci – včetně Space Tango – novou platformu „nanobiorereactor“ – miniaturizované 3D biosensingové systémy, které umožňovaly kultivované lidské kmenové buňky v prostoru a monitorovány pomocí zobrazovacích nástrojů poháněných AI.

Zjištění studie:

• Lidské HSPC vystavené 32 až 45 dnů SpaceFlight vykazovaly charakteristické rysy stárnutí. Vědci pozorovali, že SpaceFlight vyvolává řadu změn kmenových buněk vytvářejících krve, které se velmi podobají tomu, co se s těmito buňkami stane, když stárneme. Buňky se staly aktivnějšími než obvykle, spalovaly skrz jejich rezervy a ztratily schopnost odpočívat a zotavit se – klíčová vlastnost, která umožňuje kmenovým buňkám regenerovat v průběhu času.
• Jejich schopnost, aby se zdravé nové buňky snížily, zatímco známky molekulárního opotřebení, jako je poškození DNA a kratší chromozomové konce (telomery), se staly výraznějšími.
• Buňky také vykazovaly známky zánět a stres uvnitř jejich mitochondrií – producentů energie buňky – a začali aktivovat skryté části genomu, které jsou obvykle mlčeny, aby si udržely stabilitu. Tyto stresové reakce mohou narušit imunitní funkci a zvýšit riziko nemocí.

Zejména když byly tyto buňky exponované prostorem později umístěny do mladého, zdravého prostředí, začaly se zvrátit některé poškození, což naznačuje, že může být možné omladit stárnoucí buňky se správnými zásahy.

Tato zjištění mají důsledky nejen pro zdraví astronautů, ale také pro pochopení mechanismů stárnutí a onemocnění souvisejících s věkem, jako je rakovina na Zemi. Zdůrazňují potřebu nových protiopatření na ochranu funkce kmenových buněk během rozšířených kosmických misí a podporuje vývoj biologických markerů k detekci stárnutí vyvolaného stresem brzy.

„Jsme nadšeni, že tato průlomová práce je publikována v širších vědeckých a vesmírných komunitách,“ řekl Twyman Clements, prezident a spoluzakladatel Space Tango. „Stejně jako mnoho úspěchů, i tento byl týmový úsilí, které spojilo integrované kosmické kmenové buňky orbitálního výzkumného centra v rámci SSCI, Space Tango a další. Spojovací schopnosti Tango Tango, konkrétně přetrvávající mikroskopie, tuto práci umožnilo i nadále.“

Výzkumný tým plánuje tuto práci rozšířit s dalšími misemi ISS a studiemi založenými na astronauty se zaměřením na monikulární změny v reálném čase a potenciální farmaceutické nebo genetické protiopatření na ochranu lidského zdraví v prostoru i mimo něj. K dnešnímu dni provedla SSCI 17 misí na ISS.

„Vesmírné experimenty jsou tak složité, že vás nutí dělat lepší vědu na zemi,“ pokračoval Jamieson. „Space Research urychlil technologický pokrok na Zemi, což usnadnilo a pozemní výzkum usnadnil a relevantnější pro lidské zdraví. To, co jsme se dozvěděli o rakovině z našich studií ve vesmíru, je naprosto pozoruhodné.“