Rymdresor kan innehålla nyckeln till hjärtreparation
Astronauter lever i en praktiskt taget viktlös miljö, vetenskapligt känd som mikrogravitation. Effekterna av mikrogravitation på människokroppen är olika och fascinerande - några av dem är skadliga, andra återlösande. Ny forskning finner ett terapeutiskt syfte för mikrogravitationens inverkan på mänskliga stamceller.
Från hjärnan som skiftar uppåt till musklerna som krymper, venerna sväller och astronauternas ansikten blir svullna är effekterna av mikrogravitation på människokroppen minst sagt fascinerande.
Men hur påverkar viktlösa tillstånd hjärtat? Eftersom detta vitala organ inte behöver pumpa så mycket blod genom kroppen som det skulle göra under gravitation, tenderar blodkärlen över tid att bli mindre elastiska och tjockare, vilket ökar risken för hjärtsjukdomar.
Som en motsats till dessa negativa konsekvenser upptäcker dock forskare mer och mer potentiellt terapeutiska effekter av rymdflygning på människans hjärta.
Studier har till exempel visat att mikrogravitation simulerad i labbet påverkar stamcellerna på olika sätt beroende på deras ålder. Progenitorceller är "tidiga ättlingar till stamceller som kan skilja sig till en eller flera typer av celler."
Andra studier på embryonala musceller har visat att simulering av rymdflyg påverkar stamcells stamhet och differentiering, vilket hjälper dem att differentiera sig snabbare till hjärtmuskelceller.
Så undrade forskare från Loma Linda University i Loma Linda, CA om stamceller som sålunda modifierats kunde användas för hjärtreparation.
För att svara på denna fråga simulerade Jonathan Baio och kollegor de molekylära förändringarna som skulle hända under mikrogravitation och undersökte deras konsekvenser för att öka den terapeutiska potentialen hos kardiovaskulära stamceller.
Forskarna publicerade sina resultat i en specialutgåva av tidskriften Stamceller och utveckling.
Mikrogravitation förändrar kalciumsignalering
Baio och team simulerade mikrogravitation under 6-7 dagar på NASA: s internationella rymdstation och odlade neonatala hjärtfaderceller i 12 dagar i National Laboratory ombord på rymdstationen.
Forskarna letade efter förändringar i genuttryck och fann att mikrogravitationsmiljön "inducerade uttrycket av gener som vanligtvis är associerade med ett tidigare tillstånd av kardiovaskulär utveckling."
Efter 6-7 dagar fann forskarna förändringar i kalciumsignaleringsvägarna, som de säger, kunde användas för att förbättra stamcellsbaserade terapier för hjärtreparation.
Efter 30 dagar aktiverades ett kalciumberoende proteinkinas eller enzym, kallat C alfa. För att ytterligare ”utforska effekten av kalciuminduktion i nyfödda [hjärtfaderceller]” aktiverade forskarna proteinkinaset på jorden genom att öka kalciumsignaleringen.
De noterade ändringarna fick forskarna till slutsatsen att "manipulering av kalciumsignalering på jorden [ger] en ny terapeutisk möjlighet för cellbaserad hjärtreparation."
Vad resultaten betyder för hjärtreparation
Som författarna noterar finns det redan kliniska prövningar i tidiga faser som använder hjärtstamceller för att behandla patienter med ischemisk kardiomyopati eller för att hjälpa människor att återhämta sig från hjärtinfarkt.
Även om resultaten av dessa försök är lovande, misslyckas ibland cellinimplantering och forskare diskuterar fortfarande vilken typ av cell som är bäst för transplantationen.
"Därför kan tillämpningen av resultaten från [mikrogravitation] -experiment på jordbaserade experiment hjälpa till att övervinna bristerna i nuvarande kliniska prövningar med användning av [hjärtfaderceller] för hjärtreparation", skriver författarna.
Baio och kollegor drar slutsatsen:
”[M] att anipulera den normala tyngdkraftsmiljön hos tidiga [hjärtfaderceller] kan lyfta fram viktiga mekanismer genom vilka tidiga hjärtfader utvecklas eller expanderar. Sådana insikter kan användas för att ytterligare förstå kardiovaskulär utveckling och förbättra resultaten av stamcellsbaserade regenerativa terapier. ”
Graham C. Parker, Ph.D. - som är ansluten till Wayne State University School of Medicine i Detroit, MI, och är chefredaktör för tidskriften Stamceller och utveckling - kommenterar också resultaten.
Han säger, "Det här dokumentet ger ett viktigt bevis på koncept för att kombinera rymd- och markbaserad experimentell design och informerar om hjärtterapeutisk utveckling både för rymdflyg och här på jorden."
