Johns Hopkins Medicineの研究者は、心臓組織がヒト幹細胞から操作し、に送られたことを観察しました。国際宇宙ステーション地球に縛られたカウンターパートと比較して、著しい弱体化と不規則なリズムを示しました。
これらの発見は、長期にわたる宇宙ミッションに対する宇宙飛行士の潜在的な健康リスクを示唆しており、地球上の心臓病の治療と予防のための将来の戦略に影響を与える可能性があります。
宇宙の心臓組織研究
ジョンズ・ホプキンスの医学科学者は、48の人間のバイオエンジニアリング心臓組織サンプルを手配して、国際宇宙ステーションで30日間過ごすISS）空間の低い重力条件が組織を弱め、同じソースからの地球に縛られたサンプルと比較した場合、通常のリズミカルなビートを破壊したという証拠を報告します。
科学者たちは、心臓組織は「本当に宇宙でうまくいかない」と言い、時間が経つにつれて、宇宙ステーションに乗っている組織は、地球上に飼育されていたのと同じ源からの組織の約半分の強さを打ちました。
彼らは、長い宇宙ミッション中の宇宙飛行士の生存と健康に対する低重力の潜在的な影響に関する科学者の知識を拡大し、地球上の心筋の老化と治療薬を研究するためのモデルとして役立つかもしれない。
科学者の組織分析のレポートは、9月23日の週に公開されます。国立科学アカデミーの議事録。
以前の調査結果と新しい研究の指示
以前の研究では、一部の宇宙飛行士は、心筋機能の低下や不整脈（不規則な心拍）を含む年齢に関連した状態の宇宙から地球に戻り、すべてではないが、復帰後も時間の経過とともに散逸することが示されました。
しかし、科学者は、長い宇宙飛行中に宇宙飛行士を安全に保つ方法を見つけるために、細胞および分子レベルでそのような効果を研究する方法を求めています、とジョンズ・ホプキンス大学医学部の生物医学工学と医学の教授であるDeok-Ho Kim博士は言います。キムはプロジェクトを率いて、宇宙ステーションに心臓組織を送るようになりました。
宇宙生物学研究の革新
心臓ペイロードを作成するために、科学者のジョナサンツイ博士は、心筋細胞（心筋細胞）に発達するために、ヒト誘導多能性幹細胞（IPSC）を同軸化しました。博士号だったツイキムの研究室の学生ワシントン大学キムが2019年にジョンズ・ホプキンス大学に引っ越したとき、ポスドクの仲間としてキムに同行しました。彼らはジョンズ・ホプキンスで宇宙生物学研究を続けました。
Tsuiは、組織を2つのポストの間に組織を描くバイオエンジニアリングの小型化された組織チップに入れて、組織がどのように鼓動するかについてのデータを収集しました（契約）。セルの3Dハウジングは、携帯電話のサイズの半分のチャンバーで成体の人間の心臓の環境を模倣するように設計されています。
ミッションロジスティクスとリアルタイムのデータ分析
組織を乗せるためSpaceX2020年3月に宇宙ステーションに向けて発売されたCRS-20ミッションは、フロリダへの飛行機でティッシュチャンバーを手渡し、ケネディ宇宙センターで1か月ティッシュの世話を続けなければならなかったと言います。 TSUIは現在、心臓病の予防と治療に焦点を当てた会社であるTenaya Therapeuticsの科学者です。
組織が宇宙ステーションにあったら、科学者は、微調整力として知られている細胞の収縮の強度について、および不規則な鼓動パターンについて、30分ごとに10秒間リアルタイムデータを受け取りました。宇宙飛行士Jessica Meir博士、MS、MSは、毎週1週間に一度組織を取り巻く液体栄養素を変化させ、後の遺伝子読み取りおよびイメージング分析のために特定の間隔で組織を保存しました。
研究チームは、宇宙の組織との比較のために、同じタイプのチャンバーに収容された、地球上で同じように開発された一連の心臓組織を保持しました。
組織室が地球に戻ったとき、ツイは組織からデータを維持して収集し続けました。
技術の進歩と予備的な調査結果
「幹細胞および組織工学、バイオセンサーとバイオエレクトロニクスの分野での信じられないほどの最先端の技術、および宇宙でのこれらの組織の生存率を確保するために、このプロジェクトの組織チップを開発したキムは言います。
Devin Mair、Ph.D.、元Ph.D. Kim's Labの学生であり、現在はJohns Hopkinsのポスドク研究員であり、その後、組織の契約能力を分析しました。
強さを失うことに加えて、宇宙の心筋組織は不規則な鼓動（不整脈）を発症しました。通常、心臓組織の1つのビートから次の鼓動の間の時間は約1秒です。宇宙ステーションに搭載された組織では、この尺度は地球上の組織の5倍近くになりましたが、組織が地球に戻ったときにビートの間の時間はほぼ正常に戻りました。
科学者たちはまた、宇宙に行った組織で、筋肉が収縮するのに役立つ筋肉細胞のタンパク質束がより短く、より乱れ、人間の心臓病の特徴であることを発見しました。
さらに、スペースに縛られた細胞のエネルギー生産ミトコンドリアは、より大きく成長し、丸くなり、細胞がエネルギーを使用して生成するのに役立つ特徴的なfoldを失いました。
遺伝的洞察と進行中の実験
最後に、Mair、Eun Hyun Ahn、Ph.D。 - 生物医学工学の助教授 - およびZhipeng Dong、Johns Hopkins Ph.D.学生は、宇宙と地球に収容された組織で遺伝子の読み取りを研究しました。宇宙ステーションの組織は、炎症と酸化的損傷に関与する遺伝子産生の増加、心臓病の特徴も示しました。
「これらの酸化的損傷と炎症のマーカーの多くは、宇宙飛行士の飛行後のチェックで一貫して実証されています」とMair氏は言います。
キムの研究室はaを送った2023年に宇宙ステーションへの3Dエンジニアリング心臓組織の2番目のバッチ低重力の影響から細胞を保護する可能性のある薬物のスクリーニング。この研究は進行中であり、科学者によると、これらの同じ薬は、人々が年をとるにつれて心臓の機能を維持するのに役立つかもしれません。
科学者は、「チップ上の組織」システムを改善し続けており、心臓組織に対する放射線の影響を研究しています。NASA宇宙放射線研究所。宇宙ステーションは低い地球軌道にあり、惑星の磁場は宇宙放射のほとんどの影響から居住者を守っています。
Reference: “Spaceflight-induced contractile and mitochondrial dysfunction in an automated heart-on-a-chip platform” by Devin B. Mair, Jonathan H. Tsui, Ty Higashi, Paul Koenig, Zhipeng Dong, Jeffrey F. Chen, Jessica U. Meir, Alec ST Smith, Peter HU Lee, Eun Hyun Ahn, Stefanie Countryman, Nathan J. SniadeckiとDeok-Ho Kim、2024年9月23日国立科学アカデミーの議事録。
doi：10.1073/pnas.2404644121
キムは、Curi Bioの共同設立者、科学諮問委員会メンバー、およびエクイティホルダーであり、医薬品開発のためのバイオエンジニアリング組織プラットフォームを開発しています。 Ahnはキムの配偶者であり、NIH助成金の共同研究者または主任研究者として務めています：UG3EB028094、UH3TR003519およびR21CA220111。
研究のための資金は、によって提供されました国立衛生研究所（UG3EB028094、UH3TR003519、UH3TR003271、R01HL164936、R01HL156947、R21CA220111）。
この研究に貢献した他の研究者は、ジョンズ・ホプキンスのジェフリー・チェン、ワシントン大学のアレック・スミス、ネイサン・スニエデッキ、コロラド大学ボルダー大学のポール・ケーニグとステファニー・カントリーマン、ブラウン大学のピーター・リーです。
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