Kardiovaskularne bolesti predstavljaju vodeći uzrok smrtnosti na globalnoj razini, odnoseći gotovo 18 milijuna života svake godine, što čini gotovo trećinu svih smrtnih slučajeva u svijetu. Zabrinjavajuća statistika otkriva da je riječ o pandemiji modernog doba, s procjenama koje ukazuju da više od 640 milijuna ljudi živi s nekim oblikom bolesti srca i krvožilnog sustava. Problem je dodatno naglašen činjenicom da oštećeno srčano mišićno tkivo nema sposobnost regeneracije, što liječenje čini izuzetno složenim, a pacijente u završnoj fazi zatajenja srca stavlja na duge liste čekanja za transplantaciju. Nažalost, broj dostupnih donorskih srca ni približno ne može zadovoljiti rastuće potrebe, ostavljajući milijune ljudi bez adekvatne opcije liječenja. U tom kontekstu, znanstvena zajednica ulaže goleme napore u razvoj novih terapijskih pristupa, a jedan od najperspektivnijih smjerova je regenerativna medicina.

Revolucija u liječenju srca na pomolu

Središnje mjesto u istraživanjima regenerativnih terapija zauzimaju inducirane pluripotentne matične stanice (iPSC). Riječ je o stanicama koje se mogu uzeti iz uzoraka kože ili krvi odrasle osobe te reprogramirati natrag u embrionalno, pluripotentno stanje. Iz tog stanja, znanstvenici ih mogu usmjeriti da se razviju u bilo koju vrstu stanica u tijelu, uključujući i kardiomiocite – stanice srčanog mišića. Teorijski, ove u laboratoriju uzgojene srčane stanice mogle bi se transplantirati u oštećeno srce pacijenta, obnoviti uništeno tkivo i vratiti mu izgubljenu funkciju. Međutim, put od teorije do kliničke primjene prepun je izazova. Jedan od najvećih problema s kojima se znanstvenici suočavaju jest niska stopa preživljavanja transplantiranih stanica. Kada se nove stanice ubrizgaju u oštećeno, upaljeno i ožiljcima prožeto tkivo srca, velik dio njih ne uspijeva preživjeti i integrirati se. Drugi ključni izazov je proizvodnja dovoljnog broja visokokvalitetnih srčanih stanica na učinkovit i brz način kako bi terapija bila dostupna velikom broju pacijenata.

Svemirska postaja kao jedinstveni laboratorij

U potrazi za rješenjima ovih problema, znanstvenici su se okrenuli najneobičnijem mogućem laboratoriju – Međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS). Okruženje mikrogravitacije, odnosno stanje bestežinskog stanja koje vlada u Zemljinoj orbiti, nudi jedinstvene uvjete za proučavanje bioloških procesa na načine koji na Zemlji nisu mogući. Gravitacija utječe na gotovo sve aspekte staničnog ponašanja, od oblika i strukture do rasta i komunikacije. Uklanjanjem te sile, znanstvenici mogu otkriti temeljne mehanizme koji upravljaju staničnim životom. Tim istraživača sa Sveučilišta Emory, predvođen profesoricom Chunhui Xu, postavio je hipotezu da bi mikrogravitacija mogla potaknuti stanične promjene koje bi srčane stanice učinile otpornijima i sposobnijima za preživljavanje nakon transplantacije. Inspiracija je dijelom došla iz ranijih istraživanja koja su pokazala da neke vrste stanica raka u svemiru proliferiraju brže, što je bio znak da bi i druge stanice mogle pokazati neuobičajeno ponašanje.

Znanstveni proboj u orbiti

Istraživački tim sa Sveučilišta Emory proveo je sofisticirani eksperiment, šaljući ljudske srčane stanice, dobivene iz iPSC-a, na Međunarodnu svemirsku postaju. Kako bi što vjernije oponašali strukturu i funkciju ljudskog srca, stanice su organizirali u mikroskopske trodimenzionalne sferoide. Te su stanične kulture bile zamrznute radi sigurnog transporta i odmrznute neposredno prije lansiranja. Paralelno, identične kontrolne skupine stanica ostale su na Zemlji kako bi se omogućila precizna usporedba. Tijekom boravka u svemiru, astronauti su pratili rast i ponašanje stanica pomoću mikroskopa i slali videozapise na Zemlju. Nakon povratka živih kultura, uslijedila je detaljna molekularna analiza.

Nevjerojatni rezultati iz svemira

Rezultati, objavljeni u više recenziranih članaka, uključujući dva u prestižnom znanstvenom časopisu Biomaterials, nadmašili su očekivanja. Analize su pokazale da je izloženost mikrogravitaciji izazvala duboke promjene na genetskoj i proteinskoj razini. Prvo, stanice su se razmnožavale znatno brže nego njihove zemaljske kopije. Ovo otkriće ima izravan utjecaj na jedan od ključnih izazova – masovnu proizvodnju. Mogućnost bržeg generiranja velikog broja srčanih stanica mogla bi značajno pojeftiniti i ubrzati razvoj budućih terapija. Drugo, i možda još važnije, genetska analiza otkrila je pojačanu ekspresiju čitavog niza gena ključnih za preživljavanje stanica. Zabilježena je povećana aktivnost u putevima povezanim sa staničnim razvojem, odgovorom na stres, preživljavanjem i staničnim metabolizmom. To praktički znači da je svemirsko okruženje "istreniralo" stanice da postanu otpornije, prilagodljivije i spremnije za preživljavanje u neprijateljskom okruženju oštećenog srca.

Istraživači su uočili da su stanice koje su boravile u svemiru proizvodile više proteina uključenih u preživljavanje i pokazivale znakove veće zrelosti. Nezrele srčane stanice mogu predstavljati rizik jer se mogu nekontrolirano dijeliti, no stanice iz svemira pokazale su karakteristike koje ih čine sigurnijima i funkcionalnijima. Kako je objasnila profesorica Chunhui Xu, čiji laboratorij predvodi ova istraživanja, svemirsko okruženje pruža nevjerojatnu priliku za proučavanje stanica na nove načine. Znanje stečeno ovim istraživanjem moglo bi omogućiti razvoj potpuno nove strategije za generiranje srčanih stanica s poboljšanim preživljavanjem, što bi donijelo ogromnu korist pacijentima na Zemlji. Ovo istraživanje ne samo da pomiče granice regenerativne medicine, već i otvara vrata transformaciji cjelokupnog krajolika liječenja srčanih bolesti, nudeći nadu milijunima ljudi kojima je ona najpotrebnija.