سلول‌های بنیادی خون‌ساز بدن شما، سلول‌های بنیادی خون‌ساز (HSC)، مانند مدیران کارخانه هستند که وقتی آرام و استراحت می‌کنند، بهترین عملکرد را دارند. اما وقتی استرسی مانند عفونت یا آسیب به آنها وارد می‌شود، آنها به سرعت وارد عمل می‌شوند و سلول‌های ایمنی را برای دفاع از شما تولید می‌کنند. با گذشت زمان، استرس زیاد آنها را فرسوده می‌کند، باعث می‌شود سریع‌تر پیر شوند و درخشش خود را از دست بدهند.
حالا تصور کنید که این مدیران را به فضا بفرستید. در مدار پایین زمین (LEO)، جاذبه از بین می‌رود، تشعشعات افزایش می‌یابد و قوانین زیست‌شناسی به هم می‌ریزند. مطالعه دوقلوهای ناسا نشان داد که فضانوردانی که تقریباً یک سال در فضا قرار گرفته‌اند، تغییراتی در طول تلومر، وارونگی/بی‌ثباتی کروموزومی و افزایش سیتوکین‌های التهابی داشته‌اند.
در حالی که تحقیقات قبلی نشان داده است که ریزگرانش بر سیستم ایمنی تأثیر می‌گذارد، در مورد سلول‌های بنیادی که آن را می‌سازند چه؟ تا همین اواخر، هیچ کس آزمایش نکرده بود که چگونه پرواز فضایی بر پیری و تناسب اندام سلول‌های بنیادی خون‌ساز انسان (HSPC) تأثیر می‌گذارد.
بنابراین، موسسه سلول‌های بنیادی سنفورد دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، با ناسا و اسپیس تانگو همکاری کرد تا یک مرکز تحقیقات مداری سلول‌های بنیادی فضایی یکپارچه (ISSCOR) تأسیس کند. آنها تأثیر محیط LEO را بر آمادگی HSPC قبل، حین و بعد از پرواز فضایی در چهار ماموریت خدمات تأمین مجدد تجاری SpaceX به ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) بررسی کردند.
برای این مطالعه، آنها نانوبیوراکتورهای مغز استخوان را برای ردیابی HSPC در زمان واقعی در CubeLabs مبتنی بر هوش مصنوعی ساختند. این پلتفرم “نانوبیوراکتور”، که شامل سیستم‌های حسگر زیستی سه‌بعدی مینیاتوری است، سلول‌های بنیادی انسان را قادر می‌سازد تا در فضا رشد کنند. این سیستم‌های کوچک هوشمند از دوربین‌های مجهز به هوش مصنوعی برای تماشای سلول‌ها در حال عمل استفاده می‌کنند و نحوه رفتار آنها را در مدار ردیابی می‌کنند.
محققان کشف کردند که HSPCها پس از بازگشت از مدار، علائم واضحی از فرسودگی نشان می‌دهند: آنها بخشی از توانایی خود را برای تولید سلول‌های تازه و سالم از دست دادند، در برابر آسیب DNA آسیب‌پذیرتر شدند و در انتهای کروموزوم‌های خود، روی آن کلاهک‌های محافظ معروف به تلومرها، ساییدگی نشان دادند. همه این تغییرات به پیری تسریع‌شده اشاره دارند. مثل این است که سلول‌های جوان را به فضا بفرستیم و نسخه‌های پیرتر و خسته‌تر را برگردانیم.
کاتریونا جیمیسون، مدیر موسسه سلول‌های بنیادی سنفورد و استاد پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، فضا را به عنوان “آزمایش نهایی استرس برای بدن انسان” توصیف کرد. او بر اهمیت یافته‌های اخیر مبنی بر اینکه ریزگرانش و تابش کهکشانی کیهانی همگی از عوامل پیری سلول‌های بنیادی هستند، تأکید کرد.
جیمیسون گفت: “درک این تغییرات نه تنها به ما اطلاع می‌دهد که چگونه از فضانوردان در طول ماموریت‌های طولانی مدت محافظت می‌کنیم، بلکه به ما کمک می‌کند تا پیری انسان و بیماری‌هایی مانند سرطان را در اینجا روی زمین مدل‌سازی کنیم. این دانش ضروری است زیرا ما وارد دوران جدیدی از سفرهای فضایی تجاری و تحقیقات در مدار پایین زمین می‌شویم.”
این تحقیق جدید که بر اساس یافته‌های مطالعه دوقلوهای ناسا و گروه Space Omics و Medical Atlas انجام شده است، نگاهی مکانیکی دقیق به چگونگی تحریک پیری مولکولی در فضا ارائه می‌دهد.
پس از تنها ۳۲ تا ۴۵ روز در فضا، HSPCها شروع به نشان دادن علائم پیری زودرس کردند. محققان دریافتند که این سلول‌ها بیش‌فعال می‌شوند، ذخایر انرژی خود را می‌سوزانند و توانایی استراحت خود را از دست می‌دهند، که یک ویژگی حیاتی برای بازسازی طولانی‌مدت است. ظرفیت آنها برای تولید سلول‌های جدید سالم کاهش یافت، در حالی که آسیب مولکولی افزایش یافت: شکستگی‌های DNA، تلومرهای فرسوده و سیگنال‌های استرس در داخل میتوکندری‌های آنها، نیروگاه‌های سلول، شعله‌ور شدند. حتی بخش‌های معمولاً خاموش ژنوم نیز روشن شدند و ثبات سلولی را مختل کردند.
این یافته‌ها نیاز فوری به محافظت از سلول‌های بنیادی در برابر واقعیت‌های سخت فضا را برجسته می‌کند. جستجوی “چراغ‌های هشدار دهنده” بیولوژیکی، نشانگرهای اولیه‌ای که می‌توانند پیری ناشی از استرس را قبل از اینکه از کنترل خارج شود، نشان دهند، به همان اندازه مهم است.
تیم تحقیقاتی در اینجا متوقف نمی‌شود. آنها با تکیه بر ۱۷ ماموریت خود به ایستگاه فضایی بین‌المللی، قصد دارند مطالعات بیشتری را آغاز کنند، این بار با حضور فضانوردان. هدف آنها: ردیابی تغییرات مولکولی در زمان واقعی و کشف ابزارهای دارویی یا ژنتیکی که می‌توانند سلامت انسان را از استرس‌های فضا محافظت کنند.
