Kök hücrelerden türetilen kalp kası hücreleri; Stem Cell Reports dergisinde 7 Kasım’da yayınlanan bir araştırmaya göre, uzay uçuşu sırasında ve sonrasında çevrelerine kayda değer bir uyum gösterirler. Araştırmacılar, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda 5,5 hafta boyunca kültürlenen insan kalp hücrelerinin hücre düzeyinde; kalp fonksiyonu ve gen ekspresyonunu inceledi. Mikro graviteye maruz kalmış, binlerce genin ekspresyonunu değiştirmiştir, ancak büyük ölçüde normal gen ekspresyon kalıpları Dünya’ya döndükten sonraki 10 gün içinde yeniden ortaya çıkmıştır.
Stanford Üniversitesi Tıp Fakültesi Araştırmacı Joseph C. Wu: “Çalışmamız yeni, çünkü uzay uçuşunun insan kalp fonksiyonu üzerindeki etkilerini incelemek için insan kaynaklı pluripotent kök hücrelerini ilk kez kullanıyoruz. Mikro gravite; insan vücudu üzerindeki genel etkisi bakımından çok iyi anlaşılmayan bir ortamdır ve bunun gibi çalışmalar, vücuttaki hücrelerin uzayda nasıl davrandıklarına ışık tutmasına yardımcı olabilir.”
Geçmişte yapılan çalışmalar; uzay uçuşunun, kalp atış hızındaki azalma, düşük arteriyel basınç ve yüksek kalp debisi gibi kardiyak fonksiyonda fizyolojik değişikliklere neden olduğunu göstermiştir. Ancak, bugüne kadar; çoğu kardiyovasküler mikrogravite fizyolojisi çalışması, insan olmayan modellerde veya doku, organ veya sistemik seviyelerde yapılmıştır. Mikrogravitenin, hücresel düzeyde insan kalp fonksiyonunu etkilemedeki rolü hakkında nispeten az şey bilinmektedir.
Bu soruyu ele almak için, Wu ve ortakları (Los Angeles Cedars-Sinai Araştırma Görevlisi Yüksek Lisans Öğrencisi Alexa Wnorowski, Stanford Lisansüstü Öğrencisi Arun Sharma ve Stanford Astronot Kathleen Rubin) insan kaynaklı pluripotent kök-hücre kaynaklı kardiyomiyositler (hiPSC-CM’ler) üzerinde çalıştı. Kan hücrelerini yeniden programlayarak; üç kişiden hiPSC çizgileri oluşturdular ve sonra onları hiPSC-CM’lere ayırdılar.
HiPSC-CM’leri ayrıştırıp, ticari yeniden tedarik hizmetinin bir parçası olarak bir SpaceX uzay gemisinde bulunan Uluslararası Uzay İstasyonu’nda başlatıldı. Eşzamanlı olarak, yer kontrolü hiPSC-CM’ler karşılaştırma amacıyla Dünya’da kültürlendi.
Dünya’ya döndükten sonra, uzaya yayılan hiPSC-CM’ler normal yapı ve morfoloji göstermişlerdir. Bununla birlikte; ayrıştırma düzenlerini ve kalsiyum geri dönüşüm düzenlerini değiştirerek adapte olmaları sağlandı.
Ek olarak, araştırmacılar; Uluslararası Uzay İstasyonu’ndan 4,5 hafta sonra ve Dünya’ya döndükten 10 gün sonra toplanan hiPSC-CM’lerin RNA dizilemesini gerçekleştirdi. Bu sonuçlar; 2.635 geninin uçuş, uçuş sonrası ve yer kontrol numuneleri arasında farklı şekilde eksprese edildiğini gösterdi. En önemlisi; mitokondriyal fonksiyonla ilgili gen yolakları, uzay-akışlı hiPSC-CM’lerde daha fazla ifade edildi. Numunelerin bir karşılaştırması hiPSC-CM’lerin; uzay uçuşu sırasında normal yerçekimine döndüklerinde yer üstü kontrollerine benzer olan, geri dönen eşsiz bir gen ekspresyon paterni benimsediğini ortaya koydu.
Araştırmacı Joseph C. Wu: “İnsan kalp kası hücrelerinin mikro yerçekimi de dahil olmak üzere yerleştirildiği ortama ne kadar çabuk adapte olabileceğine şaşırdık. Bu çalışmalar, uzun süreli uzay uçuşu sırasında astronot sağlığına fayda sağlayabilecek hücresel mekanizmalar hakkında fikir verebilir veya potansiyel olarak Dünyadaki kalp sağlığını iyileştirmeye yönelik yeni görüşler için temel hazırlayabilir.”
Wu’ya göre, çalışmanın sınırlamaları kısa süreci ve 2 boyutlu hücre kültürünün kullanımını içerir. Gelecekteki çalışmalarda araştırmacılar; fizyolojik olarak daha ilgili olan hiPSC türevli 3D kalp dokularının, kan damarı hücreleri de dahil olmak üzere çeşitli hücre tipleriyle, uzay uçuşu ve mikro gravite etkilerini incelemeyi planlıyor.
Wu: “Kalp pillerinin uzay uçuşu sırasında meydana getirdiği bazı değişikliklerin önlenip engellenemeyeceğini belirlemek için insan kalp hücreleri üzerinde farklı tedavileri test etmeyi planlıyoruz.”
