تغییر سلول های بنیادی مشتق از سلول های بنیادی قلب انسان در پروازهای فضایی

تغییر سلول های بنیادی مشتق از سلول های بنیادی قلب انسان در پروازهای فضایی

هنگامی که فضانوردان در معرض جاذبه نزدیک به صفر (میکروگرانشی) قرار می گیرند، طیف وسیعی از تغییرات فیزیولوژیکی را در بسیاری از نقاط بدن تجربه می کنند. تیمی از محققان به سرپرستی Joseph Wu، مدیر موسسه قلب و عروق استنفورد، اخیراً کاردیومیوسیت های ساخته شده از سلول های بنیادی القایی پرتوان انسانی (iPSC) را به منظور بررسی تغییرات در سلول ها به ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) ارسال کردند. آن ها از طریق توالی یابی RNA دریافتند که بسیاری از ژن ها از جمله ژن های متابولیسم میتوکندری در سلول ها متفاوت از ژن هایی که به فضا نمی روند بیان شده اند.

این تیم تحقیقاتی می گویند افزایش فعالیت ژن متابولیسم میتوکندریایی که در سلول های قلبی در میکرو گرانشی یافت می شود، در مطالعات قبلی مربوط به سلول های خونی نیز مشاهده شده است که نشان دهنده امکان بروز پاسخ های سلولی خاص به پرواز در فضا در چندین نوع سلول می باشد. Wu معتقد است این امکان وجود دارد که تنظیم مجدد سلول با تلاش سلول ها برای کاهش نقص عملکردی میتوکندری در بیماری قلبی عروقی ای مرتبط باشد که فضانوردان در معرض خطر آن قرار دارند. اما تحقیقات بیشتر برای درک مشاهدات از آخرین آزمایش وی ضروری است.

این مطالعه یک نقطه شروع برای درک اساس ژنتیکی تجربه تغییرات قلبی در فضانوردان است. Alexa Wnorowski، از محققان این تیم می گوید:« یکی از بزرگترین تغییراتی که سیستم قلبی و عروقی در جریان سفر به فضا تجربه می کند، توزیع مجدد خون است زیرا جاذبه ای وجود ندارد که خون را به سمت پاها بکشاند. همچنین قلب لازم نیست برای پمپ کردن خون در بدن سخت کار کند. این مسئله می تواند باعث ضعیف شدن عضله قلب شود. پس از گذشت مدت طولانی در حضور میکروگرانشی، شکل قلب گردتر می شود.» دلیل این امر ناشناخته است، اما می تواند ناشی از کمبود جاذبه باشد که به طور عادی قلب را به سمت پایین می کشد.

گرفتن کاردیومیوست از انسان بسیار دشوار است و تنها گزینه ی به دست آوردن سلول ها، استفاده از قلب خارج شده با جراحی از بیماران مبتلا به نارسایی قلبی یا بیوپسی است. اما این تیم در عوض، سلول های تک هسته ای خون محیطی را از سه فرد سالم جمع آوری کردند، این سلول ها را برای تشکیل iPSC القا و آن ها را به کاردیومیوسیت تبدیل کردند. سپس سلول های بنیادی مشتق شده از سلول های قلبی در ژوئیه سال 2016 به ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) منتقل شدند، جایی که Kate Rubins فضانورد و ویروس شناس و سایر فضانوردان، کشت سلول را برای 5.5 هفته نگهداری کردند و مجدداً به زمین بازگرداندند.

هنگامی که سلول ها در زمین بودند، تیم Wu آن ها را تجزیه و تحلیل کرد تا مشخص شود چه تغییراتی رخ داده است. گرچه محققان تفاوت قابل توجهی در فراوانی پروتئین عضله انقباضی یا شکل سلول قلب مشاهده نکردند، اما دریافتند که 2635 ژن، متفاوت بیان شده اند. برخی از ژن ها دچار تنظیم افزایشی و برخی دیگر تنظیم کاهشی شدند.

بزرگترین گروه ژن ها با افزایش فعالیت مربوط به عملکرد میتوکندری بود و این افزایش در بیان ژن حداقل برای 10 روز پس از فرود ادامه یافت. محققان همچنین تغییراتی در بازجذب کلسیم و بیان ژن میوفیلامنت مشاهده کردند. تأثیرات این تغییرات مشخص نیست، اما یافته ها حاکی از آن است که حتی در سطح سلولی، کاردیومیوسیت های انسانی می توانند به طور عملکردی به تغییر در گرانش پاسخ دهند.

محققان قصد دارد در آینده سلول های بنیادی سه بعدی مشتق شده از ساختارهای بافت قلب با انواع سلول های مختلف را به فضا بفرستد. Wu می گوید:« این مطالعه فقط یک قدم کوچک از نظر تلاش برای شناخت زیست شناسی در حضور میکرو گرانشی است. ما در آغاز مرز تحقیقات فضایی هستیم و امیدواریم این نوع مطالعه دیگران را ترغیب کند که درباره مطالعات بیشتر فکر کنند.»

Eduardo Almeida، دانشمند ارشد مرکز تحقیقات Ames ناسا میگوید:« از آنجا كه پرواز فضایی چالش های عظیم لجستیكی را برای آزمایش بیولوژیكی با ارگانیسم های كامل، مانند جوندگان ایجاد می كند، ما ملزم هستیم كه مدل های سلولی و بافتی انسانی با توان عملیاتی را به منظور بررسی عوامل موثر در پرواز فضایی گسترش دهیم. مطالعه Wu با نشان دادن امکان سنجی این مطالعات زیست شناسی در ISS و هم چنین با ارائه یافته های جدید در مورد چگونگی اثر میکروگرانشی روی تغییر جنبه های اصلی عملکرد کاردیومیوسیت ها زمینه مطالعاتی جدیدی را فراهم کرده است .»

از مزایای یافته های این مطالعه می تواند ایجاد کاردیومیوسیت های واقعی تر باشد. دانستن چگونگی افزایش عملکرد میتوکندری در کاردیومیوسیت های hiPSC می تواند منجر به تولید سلول های قلبی مشابه سلول های قلبی بزرگسالان شود، زیرا کاردیومیوسیت های hiPSC معمولاً مشابه سلول های جنینی هستند و عملکرد میتوکندریایی پایین تری نسبت به سلول های بالغ دارند.

 

منتشر شده در 7 نوامبر 2019 www.the-scientist.com