أرسل علماء من كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز أنسجة قلب بشرية إلى الفضاء لدراسة تأثيرات الجاذبية المنخفضة على صحة القلب على المستوى الخلوي.

وقاد البروفيسور ديوك هو كيم الفريق الذي قام بهندسة أنسجة القلب من الخلايا الجذعية البشرية.

وتم وضع الأنسجة على رقائق صغيرة مصممة لمحاكاة بيئة قلب الإنسان وإرسالها إلى محطة الفضاء الدولية (ISS) لمدة 30 يوما من المراقبة.

ويقول الفريق إن أنسجة القلب "لا تعمل بشكل جيد حقا في الفضاء".

وعانت أنسجة القلب في الفضاء من انخفاض كبير في قدرتها على الانقباض وتطورت إلى ضربات قلب غير منتظمة.

وكانت هذه التغييرات مختلفة تماما عن تلك الموجودة في الأنسجة المحفوظة على الأرض. وأظهرت الأنسجة تغيرات جزيئية وجينية مماثلة لتلك التي شوهدت في الشيخوخة.

وتم إنشاء أنسجة القلب من خلال زراعة الخلايا الجذعية متعددة القدرات المستحثة من قبل الإنسان وتوجيه نموها إلى خلايا عضلة القلب النابضة المسماة الخلايا العضلية القلبية.

وتم وضع أنسجة القلب في شريحة نسيجية صغيرة مزروعة في المختبر، وفي مارس 2020، تم نقل الشريحة إلى محطة الفضاء الدولية من خلال مهمة "سبيس إكس"، CRS-20.

وبينما كانت أنسجة القلب في المدار، تلقى العلماء على الأرض تحديثات منتظمة حول قوة الخلايا وإيقاعها كل 30 دقيقة.

وقامت رائدة الفضاء جيسيكا ماير بصيانة أنسجة القلب في محطة الفضاء، واستبدال محلولها المغذي أسبوعيا وحفظ العينات لمزيد من التحليل.

وكان لدى العلماء أيضا مجموعة من أنسجة القلب التي تم إنشاؤها بنفس الطريقة على الأرض وتخزينها في حاويات مماثلة للمقارنة.

وقال الدكتور كيم: "لقد تم استخدام قدر لا يصدق من التكنولوجيا المتطورة في مجالات هندسة الخلايا الجذعية والأنسجة، وأجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية، والتصنيع الدقيق لضمان قابلية هذه الأنسجة للبقاء في الفضاء".

وأظهر تقييم العينات أن قوة أنسجة عضلة القلب انخفضت في بيئة منخفضة الجاذبية. وعلاوة على ذلك، طورت الأنسجة الفضائية نبضات غير منتظمة، والتي قد تؤدي في بعض الحالات، إلى فشل القلب لدى البشر.

وتنبض أنسجة القلب في الفضاء بشكل أبطأ بكثير من تلك الموجودة على الأرض، حيث تستغرق نحو خمسة أضعاف الوقت لإكمال نبضة واحدة. ومع ذلك، عاد هذا الخلل إلى طبيعته عندما أعيدت الأنسجة إلى الأرض.

وأظهرت عينات أنسجة الجاذبية الصغرى أيضا علامات على حدوث تغير في القُسَيْمات العضلية، وهي بروتينات عضلية تساعد في انقباض القلب.

ولاحظ العلماء أن القُسَيْمات العضلية كانت أقصر وأقل بنية، وهو مؤشر نموذجي لاضطرابات القلب لدى البشر.

وكشفت العينات أيضا عن تغييرات بيولوجية أخرى، حيث أصبحت الميتوكوندريا "المتقدرة"، التي توفر الطاقة للخلايا، أكبر وأكثر استدارة وأقل كفاءة في الأنسجة الفضائية.

كما أظهرت الأنسجة الفضائية زيادة في التعبير الجيني المرتبط بالالتهاب والإجهاد التأكسدي.

وقال ديفين ماير، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة جونز هوبكنز: "إن العديد من هذه العلامات للتلف التأكسدي والالتهابات تظهر باستمرار في الفحوصات التي يتم إجراؤها للرواد بعد رحلة الفضاء".

وهذه النتائج ضرورية لفهم المخاطر الصحية المترتبة على رحلات الفضاء الطويلة وقد تؤدي إلى علاجات جديدة لأمراض القلب.

ويقوم كيم وفريقه حاليا باختبار الأدوية على أنسجة القلب في الفضاء لمعرفة ما إذا كانت يمكن أن تحميها من التأثيرات الضارة لانخفاض الجاذبية. ويأملون أن تكون هذه الأدوية مفيدة أيضا للحفاظ على صحة القلب لدى كبار السن على الأرض.

نشرت النتائج في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.

المصدر: Interesting Engineering