İnsan Kalbi Uzayda Sadece Bir Ay Sonra Yaşlanma Belirtileri Gösteriyor

Johns Hopkins Tıp Fakültesi'nden bilim insanları, azaltılmış yerçekiminin kalp sağlığı üzerindeki hücresel etkilerini incelemek için uzaya insan kalp dokuları gönderdi. NASA astronotları Sunita Williams ve Butch Wilmore'ün Boeing'in Starliner uzay aracındaki teknik sorunlar nedeniyle Uluslararası Uzay İstasyonu'nda aylarca mahsur kaldığı geniş çapta bilinmektedir. İnsanlar, uzayda bu kadar uzun süre kalmanın fiziksel sağlık üzerindeki etkilerini merak etmektedir. Profesör Deok-Ho Kim liderliğindeki ekip, insan kök hücrelerinden kalp dokuları üretti. Bu dokular, insan kalbi ortamlarını taklit edecek şekilde tasarlanmış küçük çipler üzerine yerleştirildi ve Uluslararası Uzay İstasyonu'na (ISS) 30 günlük gözlem için gönderildi. Sadece bir ay uzayda geçirilen genetik olarak değiştirilmiş insan kalp dokuları zayıfladı, "atış" desenleri düzensiz hale geldi ve yaşlanma etkilerini taklit eden moleküler ve genetik değişiklikler geçirdi.

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda yayınlanan sonuçlar, mikro yerçekiminin vücut üzerine sert etkiler yapabileceğini, astronotların aylarca süren uzayda kalma nedeniyle düzensiz kalp ritimleri gibi kardiyovasküler değişiklikler yaşayabileceğini göstermektedir. Ancak, uzun süreli uzay uçuşunun kalp üzerindeki etkilerini ve bu etkileri destekleyen moleküler değişiklikleri ayırt etmek zorlu bir görev olmaya devam etmektedir. Kim, "İnsan astronotlar üzerinde çeşitli moleküler ve fonksiyonel çalışmalar yürütmek imkansız." demektedir.

“Çip” Üzerinde Kalp

Araştırmacılar, boş bir tuval gibi davranıp her tür hücreye farklılaşabilen insan pluripotent kök hücrelerini insan kalp kası hücrelerine dönüştürdü. Kalp dokuları, dokuları yerinde tutan ve kasılmalarını ölçen küçük, laboratuvarda yetiştirilen doku çiplerine yerleştirildi. Ekip daha sonra her çubuk çiftinde esnek bir çubuğun yer aldığı altı doku örneği grubunu düzenledi. Her çiftte bir çubuk esnekti, bu sayede örneklerin atan bir kalp gibi kasılmasına izin verdi. "Çip üzerinde kalp" olarak adlandırılan sistem, bir cep telefonunun yarısı kadar bir çapta bir odaya yerleştirildi. Mart 2020'de, çip SpaceX CRS-20 görevi aracılığıyla ISS'ye gönderildi. Kim ve meslektaşları, ISS'de bulunduğu sırada, doku kasılmalarının gücünü ve atış desenlerini gerçek zamanlı olarak izlemek için sensörler kullandı. Karşılaştırma için, Dünya'da kalan başka bir doku örneği setini gözlemlediler. Yörüngede iken, Dünya'daki bilim insanları, hücre gücü ve ritmiyle ilgili düzenli güncellemeler aldı. NASA astronotu Jessica Meir, uzay istasyonunda kalp dokularını korudu, haftalık olarak besin çözeltisini değiştirip, daha fazla analiz için örnekleri sakladı.

Bilim insanları ayrıca karşılaştırma için aynı şekilde Dünya'da oluşturulmuş benzer kaplarda depolanmış bir dizi kalp dokusuna sahipti. Kim şöyle demektedir: "Uzayda bu dokuların yaşayabilirliğini sağlamak için kök hücre ve doku mühendisliği, biyosensörler ve biyoelektronik ve mikroimalat alanlarında inanılmaz miktarda ileri teknoloji kullanıldı." ISS'de 12 gün sonra, dokuların kasılma gücü neredeyse yarı yarıya düşerken, Dünya’daki muadillerinin gücü nispeten sabit kaldı. Bu zayıflık, Dünya'ya döndükten dokuz gün sonra bile belirgin kalmıştır. Uzayda, dokuların atışları zamanla düzensiz hale geldi; 19. gün itibarıyla, uzaydaki kalp dokuları Dünya'dakilere göre çok daha yavaş atmaya başladı, bir atımı tamamlamak için neredeyse beş kat daha uzun sürdü. Ancak bu fark örnekler Dünya'ya döndüğünde ortadan kalktı. Bu durum, NASA’dan Sunita Williams ve Butch Wilmore’ün, Stanford Üniversitesi'nden kardiyolog Wu bir uyarıda bulunduğu gibi, Dünya’ya döndüklerinde rahatlayacakları kardiyovasküler stres yaşabileceklerini önermektedir.

Genetik Değişiklikler

Uzaydan dosyalanan dokuların toparlanmasının ardından, Kim ve meslektaşları, örneklerin kasılmadan sorumlu protein iplikçikleri olan sarkomerlerine transmisyon elektron mikroskobi kullanarak inceleme yaptılar. Bir ay yörüngede kalmalarının ardından, bu protein demetleri, Dünya'da kalan dokulara göre daha kısa ve düzensiz hale geldi. Ayrıca, hücrelerin içerisindeki enerji üreten makineler olan mitokondrilerin hacmi şişmiş ve parçalanmış, bu nedenle uzay dokularında daha büyük, yuvarlak ve daha az etkili hale gelmişti. Araştırmacılar doku örneklerinin RNA'sını analiz ederken, ISS'ye seyahat eden dokularda inflamasyon, oksidatif stres ve kardiyak bozukluklarla ilişkili genlerin ve sinyal yollarının artırılmış ifadesini buldular. Bu arada, normal kalp kasılması ve mitokondriyal işlev için gerekli proteinleri üreten genlerde azalan ifade işaretleri gözlendi. Hopkins'den Devin Meyer söylemektedir ki, "Astronotların görev sonrasındaki kontrollerde oksidatif hasar ve iltihaplanma belirtileri sıklıkla ortaya çıkmaktadır."

Kalp çalışmalarındaki çip tabanlı yaklaşım yenilikçi olmasına rağmen, Wu, insan kalbinde meydana gelebilecek diğer önemli kardiyovasküler değişiklikleri, arter basıncı gibi, hesaba katmadığını belirtmektedir. Ancak, böyle bir kurulumun, diğer organların mikro yerçekimi ve aşırı radyasyon seviyelerine karşı nasıl performans gösterdiğini incelemek için değerli olabileceğini ekliyor. "Platformun dokuların yaşayabilirliğini koruyarak mikro yerçekiminde çalışabilme kabiliyeti önemli bir avantajdır." demektedir. Kim ve ekibi, uzayda kalp ve diğer organ dokularını daha uzun süreli göndererek uzay yolculuğunun etkilerini daha derinlemesine araştırmayı planlamaktadır. Şu anda, uzaydaki kalp dokuları üzerinde düşük yerçekiminin zararlı etkilerinden koruyup koruyamayacak ilaçları test etmektedirler. Bu ilaçların, yeryüzünde yaşlıların kalp sağlığını sürdürmede de faydalı olmasını ummaktadırlar. Ayrıca, doku çip teknolojilerini geliştirmekte ve uzay radyasyonunun kalp dokularını nasıl etkilediğini araştırmaktadırlar. Bu çalışmalar NASA'nın uzay laboratuvarında yapılmaktadır. Bu bulgular, uzun uzay görevleriyle ilişkili sağlık risklerini anlamak için kritik öneme sahiptir ve yeni kalp hastalıkları tedavilerine yol açabilir.