Космические путешествия могут стать ключом к восстановлению сердца
Астронавты живут в практически невесомой среде, известной в науке как микрогравитация. Воздействие микрогравитации на человеческое тело разнообразно и увлекательно - некоторые из них разрушительны, некоторые - спасительны. Новое исследование обнаруживает терапевтическую цель воздействия микрогравитации на стволовые клетки человека.
Воздействие микрогравитации на человеческое тело, начиная от смещения мозга вверх и заканчивая сокращением мышц, набуханием вен и отечностью лиц космонавтов, является, мягко говоря, захватывающим.
Но как невесомость влияет на сердце? Поскольку этому жизненно важному органу не нужно перекачивать столько крови по всему телу, сколько было бы под действием силы тяжести, со временем кровеносные сосуды становятся менее эластичными и толстыми, что повышает риск сердечных заболеваний.
Однако в противовес этим негативным последствиям ученые открывают все больше и больше потенциально терапевтических эффектов космических полетов на человеческое сердце.
Например, исследования показали, что микрогравитация, смоделированная в лаборатории, по-разному влияет на клетки сердца-предшественники в зависимости от их возраста. Клетки-предшественники - это «ранние потомки стволовых клеток, которые могут дифференцироваться с образованием одного или нескольких видов клеток».
Другие исследования эмбриональных клеток мыши показали, что моделирование космического полета влияет на стволовые клетки и дифференциацию стволовых клеток, помогая им быстрее дифференцироваться в клетки сердечной мышцы.
Итак, исследователи из Университета Лома Линда в Лома Линда, Калифорния, задались вопросом, можно ли использовать модифицированные таким образом стволовые клетки для восстановления сердца.
Чтобы ответить на этот вопрос, Джонатан Байо и его коллеги смоделировали молекулярные изменения, которые могут произойти в условиях микрогравитации, и исследовали их значение для повышения терапевтического потенциала сердечно-сосудистых клеток-предшественников.
Свои выводы исследователи опубликовали в специальном выпуске журнала. Стволовые клетки и развитие.
Микрогравитация изменяет сигнализацию кальция
Байо и его команда смоделировали микрогравитацию в течение 6-7 дней на Международной космической станции НАСА и культивировали неонатальные кардиальные клетки-предшественники в течение 12 дней в Национальной лаборатории на борту космической станции.
Ученые искали изменения в экспрессии генов и обнаружили, что микрогравитационная среда «индуцировала экспрессию генов, которые обычно связаны с более ранним состоянием сердечно-сосудистого развития».
Через 6–7 дней ученые обнаружили изменения в путях передачи сигналов кальция, которые, по их словам, могут быть использованы для улучшения терапии на основе стволовых клеток для восстановления сердца.
Через 30 дней активировалась кальций-зависимая протеинкиназа или фермент, называемый С-альфа. Для дальнейшего «изучения эффекта индукции кальция в неонатальных [сердечных клетках-предшественниках]» исследователи активировали протеинкиназу на Земле, усилив передачу сигналов кальция.
Отмеченные изменения заставили исследователей сделать вывод, что «манипулирование кальциевой сигнализацией на Земле [представляет] новую терапевтическую возможность для восстановления сердца на основе клеток».
Что эти результаты означают для восстановления сердца
Как отмечают авторы, уже проводятся ранние клинические испытания, в которых стволовые клетки сердца используются для лечения пациентов с ишемической кардиомиопатией или для помощи людям в восстановлении после сердечного приступа.
Хотя результаты этих испытаний обнадеживают, иногда приживление клеток не удается, и ученые все еще обсуждают, какой тип клеток лучше всего подходит для трансплантации.
«Следовательно, применение результатов экспериментов [в условиях микрогравитации] к экспериментам на Земле может помочь преодолеть недостатки текущих клинических испытаний, связанных с использованием [сердечных клеток-предшественников] для восстановления сердца», - пишут авторы.
Байо и его коллеги заключают:
«[M] анипулирование нормальной гравитационной среды ранних [сердечных клеток-предшественников] может выявить важные механизмы, с помощью которых ранние сердечные предшественники развиваются или разрастаются. Такие идеи могут быть применены для дальнейшего понимания развития сердечно-сосудистой системы и улучшения результатов регенеративной терапии на основе стволовых клеток ».
Грэм С. Паркер, доктор философии. - который связан с Медицинской школой Государственного университета Уэйна в Детройте, штат Мичиган, и является главным редактором журнала. Стволовая клетка и развитие - также комментирует выводы.
Он говорит: «Эта статья представляет собой важное доказательство концепции объединения космических и наземных экспериментов и дает информацию о кардиологических терапевтических разработках как для космических полетов, так и здесь, на Земле».
