Trái tim con người có dấu hiệu lão hóa chỉ sau một tháng trên vũ trụ

Kết quả, chỉ trong vòng một tháng trên không gian, mô tim người được thiết kế đã yếu đi, các kiểu "nhịp đập" của nó trở nên bất thường và nó đã trải qua những thay đổi về mặt phân tử và di truyền giống như tác động của quá trình lão hóa.

Vi trọng lực có thể gây hại cho cơ thể và các phi hành gia tiếp xúc với nó đã trải qua những thay đổi về tim mạch, chẳng hạn như nhịp tim không đều. Nhưng việc phân tích tác động lên tim của chuyến bay vũ trụ kéo dài - có thể hàng tháng liền - và những thay đổi về mặt phân tử làm nền tảng cho những thay đổi đó, vẫn nằm ngoài tầm với, đồng tác giả nghiên cứu Deok-Ho Kim - kỹ sư y sinh tại Đại học Johns Hopkins ở Baltimore, Maryland, cho biết. "Không thể thực hiện các nghiên cứu phân tử và chức năng khác nhau ở các phi hành gia con người", ông nói.

Để vượt qua thách thức này, Kim và các đồng nghiệp đã gửi mô tim được thiết kế lên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) trong 30 ngày.

Để thiết kế mô, các nhà nghiên cứu đã dùng các tế bào gốc đa năng của con người để phát triển thành tế bào cơ tim. Sau đó, nhóm nghiên cứu treosáu mẫu mô giữa các cặp trụ nhỏ. Trong mỗi cặp trụ, một trụ có thể di động, cho phép các mẫu mô co bóp như một trái tim đang đập. Toàn bộ hệ thống được đặt trong hộp thí nghiệm có kích thước bằng nửa chiếc điện thoại di động. Hệ thống này được họ gọi là "con chip tim".

Khi hệ thống đã ở trên ISS, Kim và các đồng nghiệp đã sử dụng các cảm biến để theo dõi cường độ co bóp và kiểu đập của các mô theo thời gian thực. Để so sánh, họ đã theo dõi một hệ thống khác ở trên Trái đất.

Sau 12 ngày trên ISS, cường độ co bóp của các mô đã giảm gần một nửa, trong khi cường độ co bóp của các mô trên Trái đất vẫn tương đối ổn định. Sự suy yếu này vẫn rõ ràng ngay cả sau chín ngày mô trên ISS được đưa trở lại Trái đất. Trong không gian, nhịp đập của các mô cũng trở nên bất thường hơn theo thời gian. Đến ngày thứ 19, thời gian giữa mỗi nhịp tăng hơn năm lần. Mức bất thường về thời gian giữa các nhịp đập của mô chỉ ngừng tăng sau khi các mẫu vật trở về Trái đất. Điều này cho thấy các phi hành gia của NASA, Sunita Williams và Butch Wilmore - những người đã bị mắc kẹt trên ISS trong nhiều tháng do sự cố kỹ thuật với tàu vũ trụ Starliner của Boeing, có thể đang gặp phải tình trạng căng thẳng về tim mạch.

Sau khi thu hồi các mô từ không gian, Kim và các đồng nghiệp đã sử dụng kính hiển vi điện tử để quan sát các sarcomere - các sợi protein chịu trách nhiệm cho các cơn co cơ - của mẫu vật. Sau khi ở trên quỹ đạo trong một tháng, các bó protein này đã trở nên ngắn hơn và rối loạn hơn so với các bó protein trong các mô vẫn ở trên Trái đất. Ty thể - bộ máy sản xuất năng lượng bên trong tế bào - cũng bị sưng lên và phân mảnh.

Khi các nhà nghiên cứu giải trình tự RNA của các mẫu mô, họ phát hiện sự gia tăng biểu hiện của các gen và các con đường truyền tín hiệu liên quan đến tình trạng viêm và rối loạn tim trong các mô được đưa lên ISS. Trong khi đó, các gen sản xuất protein cần thiết cho sự co bóp bình thường của tim và chức năng ty thể cho thấy dấu hiệu giảm biểu hiện.

Mặc dù phương pháp tiếp cận của nghiên cứu này là sáng tạo, nhưng nó không nắm bắt được những thay đổi quan trọng khác về tim mạch có thể xảy ra ở tim người, chẳng hạn như áp suất trong động mạch, Joseph Wu - bác sĩ tim mạch tại Đại học Stanford ở California, cho biết. Nhưng ông nói thêm rằng một thiết lập tương tự có thể hữu ích để nghiên cứu cách các cơ quan khác hoạt động trong điều kiện vi trọng lực và mức độ bức xạ khắc nghiệt. "Khả năng duy trì hoạt động và khả năng sống của mô là một lợi thế lớn của cách thí nghiệm này," ông lưu ý.

Kim và các đồng nghiệp đang có kế hoạch đưa các mô tim và cơ quan khác vào không gian trong thời gian dài hơn để nghiên cứu thêm về tác động của chuyến bay vũ trụ. Họ cũng hy vọng sẽ thử nghiệm các loại thuốc có thể chống lại một số tác động của vi trọng lực lên tim.

Những phát hiện này đã được công bố trên Proceedings of the National Academy of Sciences ngày 24/9.