Учёные из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что пребывание в космосе ускоряет старение кроветворных стволовых клеток и клеток-предшественников (HSPC), критически важных для здоровья крови и иммунной системы. Авторы работы использовали автоматизированные нанобиореакторы с искусственным интеллектом для отслеживания изменений в стволовых клетках в реальном времени. Эксперименты проводились в четырёх миссиях SpaceX по снабжению МКС.
Результаты показали, что после космического полёта клетки теряли способность производить новые здоровые клетки, становились более подвержены повреждению ДНК и демонстрировали признаки ускоренного старения на концах хромосом (теломерах) — всё это указывает на ускоренное старение.
Предыдущие исследования NASA показали, что космические полёты могут влиять на иммунную функцию и длину теломер. Например, в рамках исследования «близнецов NASA» (2015–2016 гг.) астронавт Скотт Келли провёл 340 дней на МКС, в то время как его близнец, Марк Келли, оставался на Земле. Это исследование выявило изменения в генетике, физиологии, когнитивных функциях и микробиоме, включая изменения экспрессии генов и длины теломер. Хотя многие изменения восстановились после возвращения Скотта Келли на Землю, некоторые, например, увеличение числа коротких теломер и нарушения экспрессии генов, сохранились, что может быть значимо для более длительных космических миссий.
Настоящее исследование Калифорнийского университета опирается на результаты исследования «близнецов» и работы группы Space Omics and Medical Atlas, опубликовавшей 44 научных работы по аэрокосмической медицине и космической биологии. Сфокусировавшись на HSPC, учёные смогли детально изучить механизмы, с помощью которых космос запускает молекулярное старение — аспект, на который указывало исследование «близнецов», но которое не могло быть полностью исследовано на клеточном уровне.
Для проведения исследования был разработан новый нанобиореактор — миниатюрная биосенсорная система, позволяющая культивировать человеческие стволовые клетки в космосе и отслеживать их с помощью инструментов обработки изображений на основе ИИ.
В ходе эксперимента было обнаружено, что воздействие космического полёта продолжительностью от 32 до 45 дней вызывало у HSPC признаки старения. Клетки становились более активными, истощая свои резервы и теряя способность к отдыху и восстановлению — ключевой черте, позволяющей стволовым клеткам регенерироваться. Их способность производить здоровые новые клетки снижалась, а признаки молекулярного износа, такие как повреждение ДНК и укорочение теломер, становились более выраженными. Также наблюдались признаки воспаления и стресса в митохондриях (энергетических центрах клеток), а также активация скрытых участков генома, обычно остающихся неактивными для поддержания стабильности. Эти стресс-реакции могут ухудшать иммунную функцию и повышать риск заболеваний.
Примечательно, что после помещения клеток, подвергшихся воздействию космоса, в молодую здоровую среду, часть повреждений начала восстанавливаться, что позволяет предположить возможность омоложения стареющих клеток с помощью соответствующих вмешательств.
Эти результаты имеют значение не только для здоровья астронавтов, но и для понимания механизмов старения и заболеваний, таких как рак, на Земле. Они подчёркивают необходимость новых мер противодействия для защиты функции стволовых клеток во время длительных космических миссий и разработки биомаркеров для раннего выявления стресс-индуцированного старения.
Исследовательская группа планирует продолжить работу с помощью дополнительных миссий на МКС и исследований с участием астронавтов, сосредоточившись на мониторинге молекулярных изменений в реальном времени и потенциальных фармацевтических или генетических противодействиях для защиты здоровья человека в космосе и за его пределами.