Изображение предоставлено: Unsplash/CC0 Public Domain
С тех пор, как люди путешествовали в космос, астронавты страдали от экстремальных условий космических путешествий, особенно от пониженной гравитации, что приводило к серьезным последствиям для здоровья.
Два учёных из Бака возглавили команду, которая впервые обнаружила, как отсутствие гравитации влияет на клетки иммунной системы на уровне отдельных клеток. Два ведущих автора вместе с Кристофером Э. Мейсоном, доктором философии. из Медицинского колледжа Вейла Корнелла, доцент Дэвид Фурман, доктор философии. и доцент Дэниел Винер, доктор медицинских наук, опубликовали комплексное исследование того, как гравитация влияет на иммунные клетки, и определили «космические нутрицевтики», способные противодействовать аномальному воздействию микрогравитации на эти клетки. Работа была опубликована в журнале Nature Communications.
«Мы показываем, как моделируемая микрогравитация формирует иммунные клетки и как изменения силы меняют функцию клеток на уровне отдельных клеток», — сказал Винер. «Это решение является новым и интересным для понимания воздействия микрогравитации на клетки».
Используя клетки в моделируемой микрогравитации и данные космических полетов астронавтов и мышей на Международной космической станции, исследователи создали полную картину того, как различные клетки иммунной системы в периферической крови формируются под действием пониженной гравитации. К этим клеткам относятся лимфоциты и моноциты, которые играют главную роль в иммунитете.
Исследование имеет потенциальные последствия для иммунного старения на Земле, поскольку изменения, наблюдаемые во время старения, аналогичны тем, которые наблюдаются во время космических путешествий.
Команда также намечает путь к выявлению соединений, которые могут обратить вспять последствия почти нулевой невесомости, и показывает, что одно из этих соединений, кверцетин, обещает смягчить ущерб, причиняемый космическими полетами и во время нормального старения, возникающий на Земле.
«Наша работа дает возможность лучше понять, как и почему иммунная система меняется в моделируемой микрогравитации и космическом полете», — сказал Фурман. «Мы также даем возможность разработать контрмеры для поддержания нормального иммунитета в этих суровых условиях».
Астронавты на низких околоземных орбитах, например, на Международной космической станции, страдают от проблем с иммунной системой, особенно от инфекций, реактивации латентных вирусов и чувствительности кожи. Эти реакции возникают даже во время кратковременных космических полетов.
Предыдущие исследования в реальных или смоделированных условиях микрогравитации выявили нарушение функции различных иммунных клеток. Однако фундаментальные механизмы, гены и пути, объясняющие иммунный дефицит в условиях микрогравитации, остаются в значительной степени неясными, говорят исследователи. Они хотели понять, что происходит на клеточном уровне, чтобы объяснить изменения.
Команда, возглавляемая двумя первыми авторами исследования, научным сотрудником Фей Ву, доктором философии, и аспирантом Хуэйсюнь Ду, подробно изучила, как 25 часов, смоделированные с использованием образцов от 27 здоровых людей-доноров в возрасте от 20 до 46 лет, влияют на микрогравитацию. Мононуклеарная иммунная система периферической крови человека.
Чтобы имитировать среду, близкую к невесомости, команда вырастила клетки во вращающемся стеночном сосуде — устройстве, разработанном НАСА для имитации условий микрогравитации.
Чтобы изучить изменения, вызванные снижением гравитации, команда использовала ряд методов, включая секвенирование и микроскопию сверхвысокого разрешения.
Затем они подтвердили свои результаты, сравнив данные с другими космическими исследованиями на людях и мышах, включая миссию «Исследование бесклеточного эпигенома» (JAXA), миссию SpaceX Inspiration 4, исследование НАСА «Близнецы». Станция.
«Интересно, что изменения в механических силах, по-видимому, контролируют функцию иммунных клеток», — сказал Винер, чей интерес к изучению космической медицины возник из-за его участия в развивающейся области механоиммунологии или того, как силы окружающей среды влияют на функцию иммунных клеток. Части астроиммунологии связаны с механоиммунологией, но она сама по себе становится новой областью, сказал он, прокладывая путь к лучшему пониманию того, как помочь иммунной системе выжить в космосе.
Обнаружив несколько генов и биохимических процессов, на которые влияет микрогравитация, команда хотела посмотреть, смогут ли они найти конкретные лекарства или добавки, которые могли бы защитить иммунные клетки. Чтобы помочь в своих поисках, они использовали технологию машинного обучения, разработанную Фурманом ам Баком, которая может обнаружить более 2 миллионов взаимодействий между генами и различными лекарствами и продуктами питания.
Они определили десятки потенциальных соединений и выбрали одно, растительный пигмент кверцетин (обычно встречающийся в красном луке, винограде, ягодах, яблоках и цитрусовых), для дальнейшего изучения, поскольку он широко доступен в качестве антиоксидантной и омолаживающей добавки. Кверцетин смог обратить вспять около 70 процентов изменений, вызванных отсутствием гравитации, и защитить клетки от избытка активных форм кислорода.
«Эти результаты определяют признаки изменения иммунных клеток в моделируемой микрогравитации, а также корреляцию со стрессами, которые испытывают мыши и люди во время космического полета», — сказал Винер.
«Эта работа помогает определить направления будущих исследований в области механоиммунологии и астроиммунологии и предоставляет возможности для разработки контрмер для поддержания нормальной клеточной функции в космосе».
Фурман добавляет, что эта публикация устанавливает стандарт для анализа физиологических изменений, связанных с космическими путешествиями. «Это первое комплексное исследование, которое предоставит мировому научному сообществу атлас для понимания биологии человека в этих экстремальных условиях», — говорит он.
«Последствия огромны и выходят за рамки людей в космосе», — добавляет он. Исследователи с нетерпением ждут возможности изучить параллельные изменения, которые они наблюдают у стареющих людей на Земле, и использовать эти знания для разработки мер, которые потенциально могут обратить вспять иммунный дефицит, возникающий со старением.
Информация от: Институтом исследований старения Бака.
