Dostat lidskou posádku na Mars je další metou, kterou chce lidstvo při dobývání vesmíru porazit. V důsledku toho se snaží vesmírné agentury mnoha zemí i soukromé společnosti vyvinout vesmírnou loď, která by byla schopna tam astronauty dostat.

Nejslabším článkem na cestě k rudé planetě je ale lidské tělo. Vědci studují jeho reakci na pobyt ve vesmíru, aby ho při budoucích misích byli schopni ochránit..

U některých astronautů, kteří se vracejí z vesmíru na Zemi, se projevují problémy se srdcem, jako například snížená funkce srdečního svalu či arytmie neboli nepravidelný srdeční tep. Tyto problémy se po čase samy rozplynou.

Nicméně vědci z Johns Hopkins University School of Medicine hledali způsob, jak studovat takové účinky pobytu ve vesmíru na lidské srdce na buněčné a molekulární úrovni ve snaze přijít na to, jak udržet astronauty v bezpečí během dlouhých vesmírných letů.

Odborníci pod vedením Deok-Ho Kima, profesora biomedicínského inženýrství a medicíny na Johns Hopkins, se rozhodli do vesmíru odeslat uměle vytvořenou lidskou srdeční tkáň. V laboratoři proto vypěstovali buňky srdeční svaloviny zvané kardiomyocyty.

Ve speciálních živných roztocích kultivovali lidské kožní buňky, aby prodělaly proměnu v pluripotentní kmenové buňky. To znamená, že tyto buňky postupně ztratí svoji specializaci a navrtí se do stavu, jaký panuje v lidských embryích několik dní poté, co dojde k oplodnění vajíčka spermií.

Tyto buňky je pak možné v kultivačních roztocích donutit k přeměně v jakýkoliv specializovaný typ buněk.

Uměle vytvořené srdeční buňky ve vesmíru

Takto vzniklé kardiomyocyty umístili do „krabičky“ s živým roztokem. Uvnitř bioinženýrského miniaturizovaného tkáňového čipu z nich narostla tkáň, která se upínala ke dvěma výběžkům. Jeden byl pevný, zatímco druhý se pohyboval, aby napodoboval rytmické stahy srdeční svaloviny.

Pouzdro bylo navrženo tak, aby napodobovalo prostředí dospělého lidského srdce v komoře o velikosti poloviny mobilního telefonu. Předtím, než se tkáně dostaly do vesmíru na palubě mise SpaceX CRS-20, která k ISS startovala v březnu 2020, musel se o ně měsíc starat Kimův asistent Jonathan Tsui přímo na letišti Kennedyho vesmírného střediska.

Následně strávilo 48 vzorků lidské bioinženýrské srdeční tkáně 30 dní na Mezinárodní vesmírné stanici, zatímco kontrolní vzorky zůstaly na Zemi. Vědci dostávali každých 30 minut desetisekundový záznam o síle kontrakcí buněk, stejně jako o všech nepravidelných srdečních stazích.

Astronautka Jessica Meirová měnila tekuté živiny obklopující tkáně jednou týdně a uchovávala vzorky tkáně v určitých intervalech pro pozdější analýzu. Zatímco na ISS klesla síla stahů srdeční svaloviny už po dvanácti dnech zhruba na polovinu, na Zemi pracovaly kardiomyocyty stále stejnou intenzitou.

Pobyt v kosmu srdci nesvědčí

Ve vesmíru rovněž upadala srdeční svalovina častěji do nepravidelného rytmu, arytmie. Normálně je doba mezi jedním a dalším úderem srdeční tkáně asi sekunda, tento čas se na ISS prodloužil téměř na pětinásobek.

Po návratu na Zemi se vzorky, které cestovaly do vesmíru, vracely do normálu jen pozvolna, ještě devět dní po návratu byly oslabené. Z arytmie je ale návrat „domů“ uzdravil. „Srdce astronautů pobývajících delší dobu na ISS jsou zjevně vystavena stresu, který po návratu na Zemi odezní,“ komentovali vědci svá zjištění.

Později vědci přišli na to, že v tkáních, které se dostaly do vesmíru, se sarkomery – proteinové svazky ve svalových buňkách, které jim pomáhají při kontrakci – zkrátily a byly neuspořádanější, což je charakteristickým znakem srdečního onemocnění u lidí.

Ve svalovině srdce došlo také k poškození mitochondrií, drobných organel, jež vyrábějí energii a slouží jako buněčné elektrárny. Vědci doufají, že jim všechna tato zjištění pomohou najít léky, které ochrání srdce astronautů při plánovaných dlouhodobých vesmírných misích.