…12 апреля 1961 года советский летчик-испытатель Юрий Гагарин стал первым человеком, покорившим космос. В память об отваге и профессионализме российского космонавта коллега Гагарина Герман Титов предложил учредить День космонавтики как в Советском Союзе, так и во всем мире. Инициатива встретила поддержку, и в ноябре 1968 года члены Генеральной конференции Международной авиационной федерации утвердили 12 апреля как Всемирный день авиации и космонавтики. Позднее праздник получил еще одну ипостась — 7 апреля 2011 года Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 12 апреля Международным днем полета человека в космос.
К 2024 году запланирована высадка на Луну (НАСА, проект «Артемида»). И, если все пойдет хорошо, начнется подготовка к дальнейшему путешествию — на Марс. Однако, прежде чем это произойдет, нам понадобятся ответы о воздействии дальнего космоса на здоровье человека. И важнейший путь для реализации этой цели лежит в исследованиях стволовых клеток на МКС. Но обо все по порядку.
Стволовые клетки меняют облик современной медицины, начиная от лечения смертельных заболеваний, повышения эффективности трансплантаций и уменьшения вероятности отторжения и заканчивая изучением патогенеза конкретного заболевания и безопасным тестированием лекарств. Стволовые клетки действительно экстраординарны.
Стволовые клетки, по сути, являются шаблонами для всех других клеток, работая как система регенерации со способностью превращаться в различные типы клеток, в зависимости от того, что необходимо организму. Стволовые клетки характеризуются двумя основными качествами: во-первых, могут самообновляться, то есть непрерывно делиться, создавая новые стволовые клетки, и, во-вторых, могут дифференцироваться в различные типы клеток (нейроны, кардиомиоциты, клетки крови и др.). Именно дифференцировка дает стволовым клеткам мощный потенциал для лечения различных заболеваний.
Как бы необычно это ни звучало, отправка стволовых клеток в космос могла бы значительно повысить эффективность их клинического использования, совершив при этом настоящую революцию в медицине.
Более 90% неспециализированных стволовых клеток погибают при трансплантации. Но это на Земле, в условиях стандартной гравитации. В космосе же существует среда микрогравитации. Она вызвана непрерывным свободным падением объектов, и когда все падает с одинаковой скоростью, кажется, что все невесомое. Исследования показали, что развитие клеток в условиях микрогравитации, например, на МКС, может привести к увеличению жизнеспособности клеток на 46% по сравнению со стандартными условиями гравитации. Это означает, что выращивание стволовых клеток в космосе гораздо эффективнее и позволяет производить их в количествах, которые просто невозможны на Земле.
Вот несколько примеров исследований, которые доказывают, что выращивание стволовых клеток в космосе более эффективно, чем на Земле:
Клетки-предшественники кардиомиоцитов.
Клеточные образования были очень схожи в наблюдениях на Земле и в космосе в течение недели. Примерно через 20 дней в клетках происходят значительные изменения в условиях микрогравитации. Было показано, что большинство клеток сердца сокращаются вместе, то есть «бьются» как настоящее сердце. В это же время на Земле в условиях стандартной гравитации бьются только некоторые клетки. Интересно, что на двадцатый день наблюдения культура в условиях микрогравитации содержала 99% α-актинин-позитивных клеток. Этот белок кодируется геном ACTN2, экспрессируемым в сердечной мышце, его функция — закреплять мышечные белки и повышать эффективность сердечных сокращений.
В следующем исследовании анализировали жизнеспособность клеток с помощью специального диагностического маркера, известного как EMA (эпителиального мембранного антигена). В условиях микрогравитации до 90% клеток были идентифицированы как живые, по сравнению только с 56% в условиях стандартной гравитации.
Кроме того, еще в трех исследованиях было показано, что клетки в условиях микрогравитации неизменно содержали более высокий процент α-актинина по сравнению со стандартными гравитационными культурами.
В целом, результаты сравнения клеточных культур в условиях микрогравитации и стандартной гравитации показали очень четкие результаты. Клетки возвращались в большем количестве, с большей чистотой и более высокой жизнеспособностью.
Компании, работающие над отправкой стволовых клеток в космос.
В частности, ученые из Cedars-Sinai работают над отправкой стволовых клеток на МКС, чтобы поэкспериментировать с их развитием в условиях микрогравитации. Они сосредоточены на моделировании заболеваний и разработке продуктов из стволовых клеток в больших объемах.
CELLINK и Университет Уппсалы отправили в космос бионапечатанные стволовые клетки нервного гребня в надежде изучить их в условиях микрогравитации. Исследователи обнаружили, что при культивировании со стволовыми клетками нервного гребня клетки, продуцирующие инсулин, демонстрируют лучший рост и физиологический потенциал. Компания надеется разработать технологию в космосе, чтобы затем на Земле внедрить новые методы лечения диабета 1 типа.
На самой Международной космической станции также есть специальная лаборатория для исследования стволовых клеток. Весной 2020 года калифорнийский университет в Сан-Диего и аэрокосмическая инжиниринговая компания Space Tango получили грант от НАСА на создание комплексного орбитального исследования космических стволовых клеток (ISSCOR).