Choroby układu krążenia stanowią wiodącą przyczynę zgonów na świecie, pochłaniając rocznie prawie 18 milionów istnień ludzkich, co stanowi niemal jedną trzecią wszystkich zgonów na świecie. Alarmujące statystyki ujawniają, że jest to pandemia ery nowożytnej, a szacunki wskazują, że ponad 640 milionów ludzi żyje z jakąś formą choroby serca i układu krążenia. Problem dodatkowo potęguje fakt, że uszkodzona tkanka mięśnia sercowego nie ma zdolności do regeneracji, co sprawia, że leczenie jest niezwykle skomplikowane, a pacjenci w końcowym stadium niewydolności serca trafiają na długie listy oczekujących na przeszczep. Niestety, liczba dostępnych serc od dawców nie jest w stanie zaspokoić rosnących potrzeb, pozostawiając miliony ludzi bez odpowiedniej opcji leczenia. W tym kontekście społeczność naukowa podejmuje ogromne wysiłki w celu opracowania nowych podejść terapeutycznych, a jednym z najbardziej obiecujących kierunków jest medycyna regeneracyjna.

Rewolucja w leczeniu serca na horyzoncie

Centralne miejsce w badaniach nad terapiami regeneracyjnymi zajmują indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC). Są to komórki, które można pobrać z próbek skóry lub krwi osoby dorosłej i przeprogramować z powrotem do stanu embrionalnego, pluripotencjalnego. Z tego stanu naukowcy mogą ukierunkować je do rozwoju w dowolny typ komórek w ciele, w tym kardiomiocyty – komórki mięśnia sercowego. Teoretycznie, te wyhodowane w laboratorium komórki serca mogłyby zostać przeszczepione do uszkodzonego serca pacjenta, odbudować zniszczoną tkankę i przywrócić jej utraconą funkcję. Jednak droga od teorii do zastosowania klinicznego jest pełna wyzwań. Jednym z największych problemów, z jakimi borykają się naukowcy, jest niska przeżywalność przeszczepionych komórek. Kiedy nowe komórki są wstrzykiwane do uszkodzonej, objętej stanem zapalnym i bliznowatej tkanki serca, duża ich część nie jest w stanie przeżyć i zintegrować się. Innym kluczowym wyzwaniem jest produkcja wystarczającej liczby wysokiej jakości komórek serca w wydajny i szybki sposób, aby terapia była dostępna dla dużej liczby pacjentów.

Stacja kosmiczna jako unikalne laboratorium

W poszukiwaniu rozwiązań tych problemów naukowcy zwrócili się ku najbardziej niezwykłemu możliwemu laboratorium – Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Środowisko mikrograwitacji, czyli stan nieważkości panujący na orbicie Ziemi, oferuje unikalne warunki do badania procesów biologicznych w sposób niemożliwy na Ziemi. Grawitacja wpływa na niemal wszystkie aspekty zachowania komórek, od kształtu i struktury po wzrost i komunikację. Eliminując tę siłę, naukowcy mogą odkryć fundamentalne mechanizmy rządzące życiem komórkowym. Zespół badaczy z Emory University, pod kierownictwem profesor Chunhui Xu, postawił hipotezę, że mikrograwitacja może wywoływać zmiany komórkowe, które uczyniłyby komórki serca bardziej odpornymi i zdolnymi do przetrwania po przeszczepie. Inspiracja częściowo pochodziła z wcześniejszych badań, które wykazały, że niektóre rodzaje komórek nowotworowych w kosmosie proliferują szybciej, co było sygnałem, że inne komórki również mogą wykazywać nietypowe zachowanie.

Naukowy przełom na orbicie

Zespół badawczy z Emory University przeprowadził zaawansowany eksperyment, wysyłając ludzkie komórki serca, uzyskane z iPSC, na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Aby jak najwierniej naśladować strukturę i funkcję ludzkiego serca, komórki zorganizowano w mikroskopijne trójwymiarowe sferoidy. Te hodowle komórkowe zostały zamrożone w celu bezpiecznego transportu i rozmrożone tuż przed startem. Równolegle, identyczne grupy kontrolne komórek pozostały na Ziemi, aby umożliwić precyzyjne porównanie. Podczas pobytu w kosmosie astronauci monitorowali wzrost i zachowanie komórek za pomocą mikroskopu i przesyłali nagrania wideo na Ziemię. Po powrocie żywych kultur przeprowadzono szczegółową analizę molekularną.

Niesamowite wyniki z kosmosu

Wyniki, opublikowane w kilku recenzowanych artykułach, w tym dwóch w prestiżowym czasopiśmie naukowym Biomaterials, przerosły oczekiwania. Analizy wykazały, że ekspozycja na mikrograwitację spowodowała głębokie zmiany na poziomie genetycznym i białkowym. Po pierwsze, komórki rozmnażały się znacznie szybciej niż ich ziemskie odpowiedniki. Odkrycie to ma bezpośredni wpływ na jedno z kluczowych wyzwań – masową produkcję. Możliwość szybszego generowania dużej liczby komórek serca mogłaby znacznie obniżyć koszty i przyspieszyć rozwój przyszłych terapii. Po drugie, i być może ważniejsze, analiza genetyczna ujawniła wzmożoną ekspresję całej gamy genów kluczowych dla przeżycia komórek. Odnotowano zwiększoną aktywność w szlakach związanych z rozwojem komórkowym, odpowiedzią na stres, przeżyciem i metabolizmem komórkowym. To praktycznie oznacza, że środowisko kosmiczne „wytrenowało” komórki, aby stały się bardziej odporne, elastyczne i gotowe do przetrwania w nieprzyjaznym środowisku uszkodzonego serca.

Badacze zauważyli, że komórki, które przebywały w kosmosie, produkowały więcej białek zaangażowanych w przeżycie i wykazywały oznaki większej dojrzałości. Niedojrzałe komórki serca mogą stanowić ryzyko, ponieważ mogą się niekontrolowanie dzielić, ale komórki z kosmosu wykazały cechy, które czynią je bezpieczniejszymi i bardziej funkcjonalnymi. Jak wyjaśniła profesor Chunhui Xu, której laboratorium prowadzi te badania, środowisko kosmiczne stwarza niesamowitą okazję do badania komórek w nowy sposób. Wiedza zdobyta dzięki tym badaniom mogłaby umożliwić opracowanie zupełnie nowej strategii generowania komórek serca o zwiększonej przeżywalności, co przyniosłoby ogromne korzyści pacjentom na Ziemi. Badanie to nie tylko przesuwa granice medycyny regeneracyjnej, ale także otwiera drzwi do transformacji całego krajobrazu leczenia chorób serca, dając nadzieję milionom ludzi, którzy jej najbardziej potrzebują.