القلب البشري يظهر علامات الشيخوخة بعد شهر واحد فقط في الفضاء

أرسل علماء في كلية الطب بجامعة جونز هوبكنز أنسجة قلب بشرية إلى الفضاء لدراسة آثار انخفاض الجاذبية على صحة القلب على المستوى الخلوي. يعرف الجميع أن رائدي الفضاء التابعين لوكالة ناسا سونيتا ويليامز وبوتش ويلمور عالقين على متن محطة الفضاء الدولية لعدة أشهر بسبب مشاكل فنية في مركبة الفضاء ستارلاينر التابعة لشركة بوينج. ويتساءل الإنسان ماهي الآثار التي ستحصل لهما من الناحية الصحية الجسدية مع هذا المكوث الطويل في الفضاء قاد البروفيسور ديوك هو كيم الفريق الذي هندس أنسجة القلب من الخلايا الجذعية البشرية.إذ تم وضع الأنسجة على رقائق صغيرة مصممة لمحاكاة بيئة قلب الإنسان وإرسالها إلى محطة الفضاء الدولية (ISS) لمدة 30 يومًا من المراقبة. وعلى مدار شهر واحد فقط في الفضاء، أصبحت أنسجة القلب البشرية المعدلة وراثيًا أضعف، وأصبحت أنماط "نبضها" غير منتظمة وخضعت لتغييرات جزيئية وجينية تحاكي تأثير الشيخوخة.

وقد نُشرت النتائج في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، إن انعدام الجاذبية قد يكون قاسياً على الجسم، وقد عانى رواد الفضاء المعرضون له من تغيرات في القلب والأوعية الدموية، مثل عدم انتظام ضربات القلب. ولكن كشف التأثيرات على القلب نتيجة لرحلات الفضاء الطويلة الأمد - والتي تستمر لأشهر في كل مرة - والتغيرات الجزيئية التي تدعم هذه التغييرات ظلت بعيدة المنال. يقول كيم: "من غير الممكن إجراء الدراسات الجزيئية والوظيفية المختلفة على رواد الفضاء من البشر".

"قلب" على رقاقة

قام الباحثون بتوجيه للخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات - والتي تعمل كقماش فارغ ويمكن أن تتباين إلى أي نوع من الخلايا - بالتطور إلى خلايا عضلة قلب بشرية. تم وضع أنسجة القلب في شريحة نسيجية صغيرة مزروعة في المختبر والتي حملت الأنسجة في مكانها وقياس انقباضاتها. ثم قام الفريق بربط مجموعات من ست عينات أنسجة بين أزواج من الأعمدة. كان عمود واحد في كل زوج مرنًا، مما يسمح للعينات بالانكماش مثل القلب النابض. وكان النظام، الذي أطلقوا عليه اسم "قلب على رقاقة"، موجودًا في غرفة بحجم نصف حجم الهاتف المحمول تقريبًا. في مارس 2020 تم نقل الشريحةلى محطة الفضاء الدولية من خلال مهمة SpaceX CRS-20. وبمجرد وضع نظام القلب على الرقاقة على متن محطة الفضاء الدولية، استخدم كيم وزملاؤه أجهزة استشعار لمراقبة قوة تقلص الأنسجة وأنماط ضرباتها في الوقت الفعلي. وللمقارنة، قاموا بمراقبة مجموعة أخرى من عينات الأنسجة التي بقيت على الأرض.بينما كانت أنسجة القلب في المدار، تلقى العلماء على الأرض تحديثات منتظمة عن قوة الخلايا وإيقاعها كل 30 دقيقة. قامت رائدة الفضاء جيسيكا مير بصيانة أنسجة القلب في محطة الفضاء، واستبدلت محلولها المغذي أسبوعيًا وحفظت عينات لمزيد من التحليل.

كما كان لدى العلماء مجموعة من أنسجة القلب التي تم إنشاؤها بنفس الطريقة على الأرض وتخزينها في حاويات مماثلة للمقارنة. وقال كيم: "لقد تم استخدام قدر لا يصدق من التكنولوجيا المتطورة في مجالات الخلايا الجذعية وهندسة الأنسجة، وأجهزة الاستشعار الحيوية والإلكترونيات الحيوية، والتصنيع الدقيق لضمان قابلية هذه الأنسجة للبقاء في الفضاء". بعد 12 يومًا على متن محطة الفضاء الدولية، انخفضت قوة تقلص الأنسجة إلى النصف تقريبًا، في حين ظلت قوة نظيراتها على الأرض مستقرة نسبيًا. وظل هذا الضعف واضحًا حتى بعد تسعة أيام من التعافي على الأرض. في الفضاء، أصبحت ضربات الأنسجة أيضًا غير منتظمة بمرور الوقت، إذ أنه باليوم التاسع عشر أصبحت أنسجة القلب في الفضاء تنبض بشكل أبطأ بكثير من تلك الموجودة على الأرض، حيث تستغرق ما يقرب من خمسة أضعاف الوقت لإكمال نبضة واحدة. لكن هذا التفاوت اختفى بعد عودة العينات إلى الأرض. ويشير هذا إلى أن رواد الفضاء التابعين لوكالة ناسا سونيتا ويليامز وبوتش ويلمور - ربما يعانيان من إجهاد قلبي وعائي سيزول بعد عودتهما إلى الأرض، كما يقول وو.طبيب القلبية في جامعة ستانفورد

التغيرات الجينية

بعد استعادة الأنسجة من الفضاء، استخدم كيم وزملاؤه المجهر الإلكتروني النافذ للنظر في ساركوميرات العينات - خيوط البروتينات المسؤولة عن تقلصات العضلات. بعد أن كانت في المدار لمدة شهر، أصبحت حزم البروتين هذه أقصر  وأكثر اضطرابًا مقارنة بتلك الموجودة في الأنسجة التي بقيت على الأرض. كما أصبحت الميتوكوندريا - الآلية المنتجة للطاقة داخل الخلايا - منتفخة ومجزأة. وأكبر وأكثراستدارة وأقل كفاءة في الأنسجة الفضائية. عندما قام الباحثون بتسلسل الحمض النووي الريبي لعينات الأنسجة، وجدوا زيادة في التعبير عن الجينات ومسارات الإشارات المرتبطة بالالتهابات والإجهاد التأكسدي واضطرابات القلب في الأنسجة التي سافرت على متن محطة الفضاء الدولية. وفي الوقت نفسه، أظهرت الجينات التي تنتج البروتينات اللازمة لتقلص القلب الطبيعي ووظيفة الميتوكوندريا علامات على انخفاض التعبير                                                                              يقول ديفين ماير،  في جامعة هوبكنز: "تظهر العديد من علامات الضرر التأكسدي والالتهاب باستمرار في الفحوصات التي يتم إجراؤها لرواد الفضاء بعد الرحلة".

وعلى الرغم من أن نهج الدراسة القائم على القلب على رقاقة مبتكر، إلا أنه لا يلتقط التغيرات القلبية الوعائية المهمة الأخرى التي يمكن أن تحدث في قلب الإنسان، مثل الضغط في الشرايين، كما يقول وو. لكنه يضيف أن إعدادًا مماثلا قد يكون مفيدًا لدراسة كيفية أداء الأعضاء الأخرى تحت الجاذبية الصغرى ومستويات الإشعاع القاسية. ويقول: "إن قدرة المنصة على العمل في بيئة الجاذبية الصغرى مع الحفاظ على قابلية الأنسجة للحياة تشكل ميزة كبيرة". يخطط كيم وزملاؤه لإرسال أنسجة القلب والأعضاء الأخرى إلى الفضاء لفترة أطول للتحقيق في آثار الرحلات الفضائية بشكل أعمق. ويقومون حاليًا باختبار الأدوية على أنسجة القلب في الفضاء لمعرفة ما إذا كانت قادرة على حمايتها من التأثيرات الضارة لانخفاض الجاذبية. ويأملون أن تكون هذه الأدوية مفيدة أيضًا في الحفاظ على صحة القلب لدى كبار السن على الأرض. كما يعملون على تحسين تقنية شريحة الأنسجة الخاصة بهم والتحقيق في كيفية تأثير الإشعاع الفضائي على أنسجة القلب. وهم يجرون هذه الدراسات في مختبر ناسا للفضاء. هذه النتائج ضرورية لفهم المخاطر الصحية المترتبة على رحلات الفضاء الطويلة وقد تؤدي إلى علاجات جديدة لأمراض القلب.