Гемопоэтикалық бағаналы қан жасушаларын фабрика менеджерлеріне ұқсатуға болады: олар ең тиімді жұмыс істейді, егер тыныштықта және демалыста болса. Бірақ стресс жағдайында, мысалы, инфекция немесе жарақат кезінде, бұл жасушалар белсенділеніп, ағзаны қорғау үшін иммундық жасушаларды өндіре бастайды. Уақыт өте келе шамадан тыс стресс олардың тозуына, қартаюының жеделдеуіне және тиімділігінің төмендеуіне әкеледі.

Енді осы «менеджерлерді» ғарышқа жібергеніңізді елестетіңіз. Жер маңындағы төмен орбитада әдеттегі гравитация жоғалады, радиация деңгейі артады, ал биологиялық заңдар өзгереді. NASA Twins Study зерттеуі көрсеткендей, ғарышта бір жылға жуық болған астронавттарда теломер ұзындығының өзгеруі, хромосомалық инверсиялар мен тұрақсыздық, сондай-ақ қабыну цитокиндерінің деңгейінің жоғарылауы байқалды.

Бұрын микрогравитация иммундық жүйеге әсер ететіні белгілі болған, бірақ ғарыштық ұшу осы жүйені қалыптастыратын бағаналы жасушаларға қалай әсер ететіні түсініксіз еді. Жақында ғана ғарыш жағдайлары адамның қан түзуші бағаналы жасушаларының (HSPC) қартаюы мен өміршеңдігіне қалай әсер ететіні зерттеле бастады.

Осы сұраққа жауап беру үшін Сан-Диегодағы Калифорния университетінің Санфорд бағаналы жасушалар институты NASA және Space Tango компанияларымен бірігіп, Integrated Space Stem Cell Orbital Research (ISSCOR) орталығын құрды. SpaceX-тің төрт жүк миссиясы аясында ғалымдар Халықаралық ғарыш станциясына (ХҒС) жеткізілген HSPC-нің өміршеңдігіне төмен орбитадағы жағдайлардың әсерін ұшу алдында, ұшу кезінде және одан кейін зерттеді.

Эксперимент үшін сүйек кемігінің нанобиореакторлары жасалды, олар HSPC-ді CubeLabs зертханаларында, жасанды интеллект басқаратын ортада, нақты уақытта бақылауға мүмкіндік берді. Бұл платформада миниатюралық 3D-биосенсорлық жүйелер бар, олар адам бағаналы жасушаларына ғарышта өсуге мүмкіндік береді. Ғалымдар жасушалардың орбитадағы мінез-құлқын жасанды интеллекті бар камералар арқылы бақылады.

Нәтижелер көрсеткендей, орбитадан оралған HSPC-лерде айқын тозу белгілері байқалды: олар жаңа сау жасушалар өндіру қабілетін ішінара жоғалтты, ДНҚ-ның зақымдануына осал болды және хромосомалардың қорғаныш ұштары — теломерлердің қысқаруы байқалды. Бұл өзгерістер қартаюдың жеделдеуін көрсетеді. Бұл — ғарышқа жас жасушалар жіберіліп, қайтып келгенде олар қартайып, шаршаған күйде оралатын жағдайға ұқсайды.

Санфорд бағаналы жасушалар институтының директоры және Калифорния университетінің Сан-Диегодағы медицина профессоры ғарышты «адам ағзасы үшін шектен тыс стресс-тест» деп атады. Ол микрогравитация мен ғарыштық радиация бағаналы жасушалардың қартаюындағы маңызды факторлар екенін атап өтті.

Бұл өзгерістерді түсіну тек ұзақ мерзімді миссиялар кезінде астронавттарды қорғауға көмектесіп қана қоймай, Жердегі қартаю процестері мен қатерлі ісік сияқты ауруларды модельдеуге мүмкіндік береді. Бұл әсіресе коммерциялық ғарыштық саяхаттар мен төмен орбитадағы зерттеулер дәуірінде маңызды.

NASA Twins Study және Space Omics and Medical Atlas тобының деректеріне сүйене отырып, жаңа зерттеу ғарыштың молекулалық қартаюды қалай іске қосатынын егжей-тегжейлі көрсетті.

Ғарышта бар болғаны 32–45 күн болғаннан кейін HSPC-лерде ерте қартаю белгілері пайда бола бастады. Жасушалар гиперактивті болып, энергия қорын тез жұмсады және демалуға қабілетін жоғалтты — бұл ұзақ мерзімді қалпына келу үшін маңызды қасиет. Олардың жаңа сау жасушалар өндіру қабілеті төмендеді, ал молекулалық зақымдар жинала бастады: ДНҚ-да үзілістер, теломерлердің тозуы, митохондриядағы — жасушаның энергетикалық станциялары — стресс сигналдарының күшеюі байқалды. Тіпті әдетте «үнсіз» геном аймақтары белсеніп, жасушалардың тұрақтылығын бұзды.

Бұл өзгерістер Жердегі қартаю процестерін қайталайды және иммундық қорғанысты әлсіретуі немесе аурулар қаупін арттыруы мүмкін, яғни ғарыш тек ағзаға сынақ қана емес, оның биологиялық сағатын да жылдамдата алады.

Ғарышта бағаналы жасушалардың қартаюының негізгі себептерінің бірі — ғарыштық радиацияның жоғары әсерінен туындайтын генотоксикалық стресс. Осы миссиялар кезінде NASA радиация деңгейін 7,6-дан 10,7 миллигрейге дейін тіркеді — бұл кәдімгі медициналық тексерісте, мысалы, КТ немесе рентген кезінде алынатын дозаға ұқсас. Бұл аз көрінгенімен, ғарыштық радиацияның аз мөлшері де, әсіресе басқа ғарыштық стресс-факторлармен бірге, жасушалық мәселелерге әкелуі мүмкін.

Қызығы, ғарыштың әсеріне ұшыраған жасушалар Жердегі жас әрі сау ортаға оралғанда, кейбір зақымдар қалпына келе бастады. Бұл — жақсы белгі: дұрыс жағдайлар мен араласулар кезінде тіпті қартайған жасушалар да қалпына келуі мүмкін, дәл астронавттар орбитадан оралып, «жасушалық спаға» түскендей.

Бұл нәтижелер бағаналы жасушаларды ғарыштың қатал жағдайларынан қорғаудың маңыздылығын көрсетеді. Сондай-ақ, стресс-индуцирленген қартаюды бақылаудан шығармай тұрып анықтайтын ерте биологиялық «сигналдық шамдарды» — маркерлерді іздеу де маңызды.

Зерттеу тобы қол жеткізген нәтижелермен тоқтап қалмақ емес. ХҒС-қа жасалған 17 миссияның тәжірибесіне сүйене отырып, олар енді астронавттардың қатысуымен жаңа зерттеулер жүргізуді жоспарлап отыр. Мақсат — молекулалық өзгерістерді нақты уақытта бақылау және ғарыш стрессінен адам денсаулығын қорғайтын фармацевтикалық немесе генетикалық құралдарды зерттеу.

Жаңа зерттеу Cell Stem Cell журналында жарияланды.