W złożonej przestrzeni laboratoryjnej Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, badanie życia na poziomie subkomórkowym otwiera nowy rozdział w nauce, łącząc podróże kosmiczne z wyzwaniami biomedycznymi na Ziemi. Badania komórek w mikrograwitacji dostarczają kluczowych informacji – od zrozumienia mechanizmów percepcji grawitacji przez komórki po zastosowanie w leczeniu chorób takich jak osteoporoza, atrofia mięśni, zaburzenia sercowo-naczyniowe i degeneracje neurologiczne.

Komórki – podstawa życia w kosmosie

Komórki są podstawowymi jednostkami życia, obecnymi we wszystkich żywych organizmach, od jednokomórkowych bakterii po złożone organizmy, takie jak ludzie i rośliny. Każda komórka ma unikalną strukturę i funkcję: podczas gdy komórki nerwowe używają długich włókien do przesyłania sygnałów, komórki roślinne mają sztywne ściany komórkowe, które zapewniają im wsparcie mechaniczne. W warunkach mikrograwitacji te podstawowe funkcje mogą ulec znacznej zmianie, co otwiera przestrzeń dla nowych odkryć naukowych.

Cell Gravisensing – odkrywanie, jak komórki "odczuwają" grawitację

Jednym z najbardziej intrygujących pytań w biologii kosmicznej jest to, jak komórki rejestrują obecność lub brak grawitacji. Japońska Agencja Kosmiczna JAXA prowadzi eksperyment o nazwie Cell Gravisensing, który skupia się na molekularnych mechanizmach percepcji grawitacji. Badania pokazują, że zmiany w napięciu włókien komórkowych mogą wpływać na szlaki sygnałowe, aktywować kanały jonowe i uruchamiać serię reakcji wewnątrz komórki. W tym celu stosuje się zaawansowane metody mikroskopii konfokalnej i technologii FRET do pomiaru zmian na poziomie białek i struktur wewnątrzkomórkowych. Wyniki mogłyby otworzyć drogę do rozwoju nowych terapii przeciwko utracie masy kostnej i atrofii mięśni, zarówno dla astronautów w długoterminowych misjach, jak i dla pacjentów na Ziemi.

Zmiany sercowo-naczyniowe – STaARS BioScience-3

Misja STaARS BioScience-3 badała zmiany w komórkach wyściełających naczynia krwionośne. Już po trzech dniach pobytu w mikrograwitacji odnotowano zmiany w ekspresji ponad 11 000 genów, co może znacząco zmienić funkcjonalność naczyń krwionośnych. Odkrycie to nie tylko pomaga w zrozumieniu, jak środowisko kosmiczne wpływa na zdrowie sercowo-naczyniowe astronautów, ale także oferuje cenne dane do rozwoju terapii przeciwko chorobom serca na Ziemi.

Komórki nerwowe i adaptacja – STaARS BioScience-4

Badanie STaARS BioScience-4 skupiło się na neuronalnych komórkach macierzystych i ich odpowiedzi na mikrograwitację. Wyniki wykazały zwiększoną degradację składników komórkowych i zmiany w metabolizmie, co wskazuje na adaptację komórek do warunków bez grawitacji. Odkrycia te podkreślają znaczenie zapewnienia optymalnego zaopatrzenia w energię w celu utrzymania funkcji poznawczych i fizjologicznych astronautów podczas długotrwałych misji kosmicznych.

Łuski ryb jako model kości

W badaniu nazwanym Fish Scales naukowcy wykorzystali łuski złotych rybek jako model do badania ludzkich kości. Ponieważ łuski ryb zawierają podobne białka, minerały i typy komórek jak ludzkie kości, badanie to pomaga zrozumieć, jak kości dostosowują się do różnych warunków grawitacyjnych. Eksperyment obejmował wystawienie łusek na warunki trzykrotnie większe od grawitacji ziemskiej, symulowaną mikrograwitację oraz rzeczywistą mikrograwitację na ISS.

Myszy i komórki macierzyste – genetyka i promieniowanie

Projekt JAXA Stem Cells badał wpływ lotu kosmicznego na DNA i chromosomy embrionalnych komórek macierzystych myszy. Część komórek była genetycznie niemodyfikowana, podczas gdy druga część była bardziej wrażliwa na promieniowanie. Wyniki pokazały, że u niemodyfikowanych komórek nie ma znaczących różnic chromosomowych w porównaniu z próbkami kontrolnymi z Ziemi, podczas gdy u bardziej wrażliwych komórek odnotowano wyraźniejsze nieprawidłowości DNA. Badanie to jest ważne dla oceny ryzyka związanego z promieniowaniem podczas długich misji kosmicznych oraz dla zrozumienia mechanizmów powstawania raka.

Adaptacja serca – wyniki misji RR-1

Analiza tkanki sercowej myszy z misji RR-1, której dane są dostępne w bazie danych GeneLab NASA, wykazała, że serce może przystosować się do stresu mikrograwitacji w zaledwie 30 dni. Zmiany genetyczne odkryte w badaniu sugerują, że ta adaptacja może pomóc w utrzymaniu funkcjonalności serca podczas misji kosmicznych, a potencjalnie także otworzyć nowe podejścia w leczeniu chorób serca na Ziemi.

ISS jako laboratorium odkryć medycznych

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna służy jako unikalne laboratorium, w którym naukowcy mają dostęp do otwartych danych z licznych eksperymentów. Dane te przyspieszają rozwój nowych technologii medycznych, od systemów organ-on-a-chip po trójwymiarowe kultury komórkowe i organoidy. Takie modele pozwalają na lepsze zrozumienie chorób i testowanie terapii w warunkach, które realistycznie naśladują ludzkie narządy, co ma ogromny potencjał zarówno dla medycyny kosmicznej, jak i opieki zdrowotnej na Ziemi.