Preguntas y respuestas: espacio

Entrevistas Healio

Entrevistas Healio

Con el auge de los vuelos espaciales comerciales y las estancias de los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional cada vez más largas, los investigadores intentan comprender el impacto de la microgravedad en la órbita terrestre baja sobre la función del corazón.

Dr. Arun Sharma,profesor asistente de ciencias biomédicas y científico investigador en el Smidt Heart Institute, el Regenerative Medicine Institute y Cedars-Sinai Cancer en Cedars-Sinai, y colegas de la Universidad de Stanford colaboraron con investigadores del Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional para hacer precisamente eso.

Con su experimento supervisado por un astronauta de la NASA.Kate Rubin, Doctor,Los investigadores utilizaron cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC-CM) para estudiar los efectos de la microgravedad en la órbita terrestre baja sobre las medidas de la función cardíaca y la expresión genética.

Los hiPSC-CM se enviaron a la estación espacial a bordo de un transporte SpaceX Dragon durante una misión de servicio de reabastecimiento comercial y se cultivaron durante 5,5 semanas.

Sharma y sus colegas observaron que la exposición a la microgravedad se asociaba con un aumento de la desintegración transitoria de Ca2+ hiPSC-CM tau, indicativo de una disminución de la tasa de reciclaje de calcio que persistía después de regresar a las condiciones de gravedad normales, según los hallazgos publicados en Stem Cell Reports.

Además, los análisis de ARN mostraron que 2.635 genes, incluidos los asociados con el metabolismo mitocondrial, se expresaban diferencialmente en microgravedad; sin embargo, las firmas de expresión genética volvieron a la normalidad al regresar a la gravedad normal.

En la Conferencia Internacional de Investigación y Desarrollo de la Estación Espacial que se celebrará en julio, Sharma organizará una charla informal junto aStefanie Countryman, director de BioServe Space Technologies, la empresa que diseñó las placas de cultivo de células madre utilizadas para este estudio, para discutir el futuro de la investigación de CV en el espacio.

Sharma habló con Healio sobre esta investigación, la colaboración con colegas a bordo de la estación espacial y lo que estos hallazgos indican para la salud cardiovascular de ambos individuos en el espacio, así como las lecciones aprendidas sobre los corazones aquí en la Tierra.

Healio: pág.¿elegiste?persigue estoArea en particulardeCV¿investigación?

Sharma: Decidimos continuar con esta área de investigación para comprender mejor cómo los vuelos espaciales afectan el corazón humano, a nivel celular. Tenemos una comprensión de lo que le sucede al corazón a nivel de órganos, gracias a décadas de estudios con astronautas, pero tenemos una comprensión mucho menor de lo que sucede a las células individuales del corazón humano. Es por eso que queríamos utilizar cardiomiocitos (células del músculo cardíaco) derivados de células madre pluripotentes como nuestro modelo celular de tejido cardíaco humano.

Healio: ¿Puede proporcionarnos algunos antecedentes sobre cómo los vuelos espaciales afectan la función cardíaca?

Sharma: El corazón es un músculo y, al igual que los demás músculos del cuerpo, cambia de forma y tamaño durante la exposición prolongada a la microgravedad y durante los vuelos espaciales. El corazón y los demás músculos del cuerpo pierden parte de su masa, sufriendo lo que se llama atrofia. El corazón también cambia su forma para volverse más esférico en comparación con su forma normal de puño.

Hola:cual fue eldiseño y objetivo de su investigación sobre el cultivo de células madre pluripotentes inducidas en elEstación Espacial Internacional?

Sharma: El objetivo de nuestro estudio fue comprender qué sucede con las células del corazón humano a nivel celular durante los vuelos espaciales. Por lo tanto, aprovechamos las hiPSC, que nos permiten producir en masa células cardíacas humanas a partir de unas pocas gotas de sangre. "Reprogramamos" esas células sanguíneas en hiPSC en un proceso que tarda un mes en completarse, y luego, una vez que se fabrican las hiPSC, pueden convertirse en células cardíacas humanas que laten en unas pocas semanas.

En términos de diseño del estudio, produjimos estas células cardíacas derivadas de hiPSC y luego enviamos una muestra de esas células a la estación espacial, donde serían examinadas en busca de cambios inducidos por los vuelos espaciales en la capacidad de latir, la forma/tamaño y la expresión genética. También cultivamos un conjunto "paralelo" de células cardíacas derivadas de hiPSC en nuestro laboratorio en la Tierra para que sirviera de comparación para este experimento.

Healio: ¿Qué?aprendiste?

Sharma: Descubrimos que las células del corazón humano se adaptan rápidamente al entorno de microgravedad cambiando su capacidad de latido y la expresión genética. Estos cambios pueden ocurrir a los pocos días de que las células se coloquen en órbita.

Healio: ¿Cómo se pueden aplicar estos datos para garantizarCV¿Salud entre quienes participan en vuelos espaciales?

Sharma:Es posible que podamos usar estos datos de una manera fundamental para comprender cómo funciona el corazón humano en el espacio, y tal vez en el futuro, podamos usar estas células para desarrollar contramedidas para mantener los corazones y músculos de los astronautas sanos y fuertes durante períodos prolongados. de vuelos espaciales.

Healio: ¿Tienen estos resultados alguna implicación para mejorar laCVsalud de quienes están aquí en la Tierra?

Sharma:Los cambios que le ocurren al cuerpo humano en el espacio pueden parecerse a una forma de “envejecimiento acelerado”, mediante el cual los músculos, huesos y tejidos se degradan y cambian a un ritmo más rápido de lo normal.

Por lo tanto, nuestros estudios podrían usarse para comprender mejor las enfermedades cardíacas en la Tierra, donde las células del corazón se vuelven enfermas debido a factores ambientales o genéticos.

Healio: ¿Enfrentó algún desafío u obstáculo único al utilizar y/o comunicarse con el cultivo celular?instalaciones a bordo delestación Espacial?

Sharma: La estación espacial es un entorno de investigación excepcionalmente único y las capacidades a bordo de la Estación Espacial Internacional son bastante impresionantes. Existen microscopios avanzados y estaciones de crecimiento celular que son comparables a los disponibles en nuestros laboratorios biomédicos en la Tierra.

Existen desafíos técnicos en la forma en que cultivamos células en el espacio, lo que requiere soluciones de ingeniería únicas. Para hacer crecer nuestras células cardíacas en el espacio en microgravedad, colaboramos con ingenieros biomédicos de BioServe Space Technologies, quienes diseñaron placas de cultivo celular personalizadas para un crecimiento celular extendido a bordo de la estación espacial.

Healio: ¿Qué puedes contarnos sobre tu próxima charla informal en la 12.ª edición anual?Estación Espacial Internacional¿Conferencia de Investigación y Desarrollo?

Sharma:Espero con ansias discutir este experimento y los futuros experimentos CV planificados con Stefanie Countryman, directora de BioServe Space Technologies, yDiana Roberts, médico, del Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional. Será fantástico mirar hacia atrás y hacia adelante, hacia la próxima fase de la investigación de CV en el espacio.

Healio: ¿Qué investigaciones adicionales están previstas y/o son necesarias para comprender mejor laCV¿Impacto de los vuelos espaciales?

Sharma: Los estudios futuros utilizarán nuevos sistemas modelo, como construcciones de corazón en un chip en 3D y estructuras organoides cardíacas en 3D, para comprender mejor cómo funciona el corazón humano en el espacio. Dado que el corazón es un órgano tridimensional, estos sistemas de modelos 3D de próxima generación ayudarán a llevar nuestros estudios al siguiente nivel.

Healio: ¿Algo más que quieras agregar?

Sharma: Nuestro laboratorio también participa activamente en otros estudios de la NASA que examinan la producción y biofabricación de células madre en el espacio. Más sobre eso aquí: https://www.cedarssinai.org/newsroom/mission-ax-2-set-to-launch-stem-cells-to-space/

Dr. Arun Sharma, puede ser contactado en [email protected].