Кости из космоса: на борту МКС изучили стволовые клетки
Стволовые клетки, которые 13 дней провели на Международной космической станции, доставили ученым Сеченовского университета. Их изучение поможет в поиске средств борьбы с атрофией во время длительных космических полетов, лечении переломов в условиях невесомости и создании лекарств от костных болезней на Земле. Если мы поймем, как и почему на орбите нарушается рост костей, и найдем молекулярные механизмы влияния на этот процесс, человечество сделает большой шаг к жизни в космосе, уверяют эксперты.
Эффект невесомости
Ученые Института регенеративной медицины Сеченовского университета получили образцы биологических материалов, которые провели в космосе 13 дней. Стволовые клетки человека находились в биореакторе МСК-2 на борту российского сегмента МКС. Их дальнейшее изучение имеет важное практическое значение для пилотируемых полетов — оно поможет найти средства противодействия деградации тканей в организме космонавтов, возникающей из-за длительного нахождения в невесомости. А также лечить экипажи в случае переломов прямо в космосе.
— Особый интерес представляет получение [из стволовых клеток, побывавших в космосе] модели костной и хрящевой ткани, так как именно эта ткань первая страдает в условиях невесомости у космонавтов. Культивирование стволовых клеток на Земле и в космосе значительно отличается из-за воздействия факторов космического полета. Изучая клетки, которые возвращаются к нам с орбиты, мы открываем для себя их уникальные свойства. В перспективе они могут лечь в основу создания искусственных органов, — говорит младший научный сотрудник Института регенеративной медицины Сеченовского университета Наталья Чепелова.
Микрогравитация, воздействующая на клетки внутри космического корабля на орбите Земли, позволяет создавать экспериментальные модели заболеваний «в пробирке», которые невозможно имитировать в земных условиях. Это обеспечивает огромные возможности для прорывных научных исследований. Первый биореактор, благодаря которому был реализован эксперимент Сеченовского университета, доставили на МКС в 2018 году.
— Космическая биология возникла потому, что за пределами нашей планеты совсем другие условия. Наш организм, адаптированный к жизни на поверхности Земли, в космосе будет функционировать иначе, у клеток там совершенно другие взаимодействия, — рассказывал «Известиям» накануне запуска реактора четыре года назад ведущий научный сотрудник отдела передовых клеточных технологий Первого медуниверситета Михаил Крашенинников. — Основные проблемы, выявленные еще более полувека назад, связаны с тем, что люди после возвращения из невесомости не могут ходить. У них атрофируются мышцы, а из костей вымывается кальций. Наша цель — решить и эту проблему среди прочих.
Метод выращивания тканей вне живого организма помогает ученым постичь суть роста и развития клеток не только для космических полетов и научных экспериментов, но и для применения в реальной медицинской практике.
— Мы сможем подбирать активные биологические вещества, которые способны предотвращать развитие дегенеративных процессов, а также улучшать регенерацию костных и хрящевых тканей человека. Изучение процессов, которые происходят в созданных моделях тканей в условиях космического полета, даст нам новые возможности для лечения дегенеративных заболеваний, в том числе остеоартрита и остеопороза у пациентов на Земле, — прокомментировал ход исследований младший научный сотрудник Института регенеративной медицины Артем Антошин.
Условие космической экспансии
Изучение особенностей биологии в условиях невесомости и потенциально других планет имеет решающее значение для нашей экспансии в космос как вида, считает сотрудник департамента биологии и фундаментальной медицины УрФУ Артем Минин. По его мнению, клеточные модели намного удобнее для исследований, чем животные и тем более люди. Эксперименты с культурами клеток в условиях микрогравитации — это большой прорыв. Авторы изучили очень важную для будущих межпланетных путешественников проблему — нарушения образования костей и хрящей, которые отмечались и у животных, и у астронавтов в космосе, подчеркнул специалист.
— Если мы поймем, как и почему происходит нарушение роста костей, и, главное, найдем молекулярные механизмы, на которые можем воздействовать, для того чтобы это предотвратить, это станет большим шагом для человечества в сторону жизни в космосе. Хотя и здесь, на Земле, остеопороз остается существенной проблемой, особенно в старшем возрасте. Инструменты, которые мы получим из космоса, помогут многое исправить в этой области, — сказал Артем Минин.
Эксперименты на МКС — лучший способ узнать, как на живые системы влияют условия, сформировавшиеся на околоземной орбите, считает заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов.
— Если мы хотим понять, как нам в будущем жить на околоземной орбите, то для этих задач ученые Сеченовского университета предприняли небольшой, но очень важный шаг, — сказал Станислав Отставнов.
Во время полетов космонавт теряет до 1,5% костной ткани в месяц, а ее минерализация снижается как на орбите, так и после возвращения, рассказывает профессор кафедры генетики ЮФУ Татьяна Шкурат. Скорость восстановления костной массы всегда индивидуальна и зависит от генетики. А значит, важно персонифицировать подход, исследовать молекулярные механизмы этого процесса и на их основе разработать генно-терапевтические подходы к быстрому восстановлению.
Дальнейшие исследования, направленные на создание средств борьбы с деградацией костных тканей и лекарств от костных болезней, после получения положительных результатов на клеточных моделях потребуют экспериментов с участием человека.
