La bassa gravità nei viaggi spaziali altera il ritmo cardiaco

Roma – La bassa gravità nei viaggi spaziali indebolisce e altera il normale ritmo delle cellule del muscolo cardiaco. Lo rivela uno studio condotto dagli scienziati della Johns Hopkins Medicine, che hanno fatto in modo che 48 campioni di tessuto cardiaco umano bioingegnerizzato trascorressero 30 giorni sulla Stazione Spaziale Internazionale. I risultati, riportati su Proceedings of the National Academy of Sciences, hanno dimostrato che le condizioni di bassa gravità nello spazio hanno indebolito i tessuti e interrotto i loro normale ritmo dei battiti cardiaci, rispetto ai campioni terrestri provenienti dalla stessa fonte. “I tessuti cardiaci non se la cavano bene nello spazio e, nel tempo, i tessuti a bordo della stazione spaziale hanno mostrato circa la metà dei battiti, rispetto ai tessuti della stessa fonte conservati sulla Terra” hanno dichiarato gli autori. La ricerca amplia le conoscenze degli scienziati sui potenziali effetti della bassa gravità sulla sopravvivenza e sulla salute degli astronauti durante le lunghe missioni spaziali e può servire da modello per studiare l’invecchiamento del muscolo cardiaco e le terapie sulla Terra. Studi precedenti hanno dimostrato che alcuni astronauti tornano sulla Terra dallo spazio con condizioni legate all’età, tra cui una ridotta funzione del muscolo cardiaco e aritmie ovvero battiti cardiaci irregolari, e che alcuni effetti, ma non tutti, si dissipano nel tempo dopo il loro ritorno. “Ma, gli scienziati hanno cercato di studiare questi effetti a livello cellulare e molecolare nel tentativo di trovare modi per mantenere gli astronauti al sicuro durante i lunghi voli spaziali”, ha detto Deok-Ho Kim, professore di ingegneria biomedica e medicina presso la Johns Hopkins University School of Medicine, che ha guidato il progetto di invio di tessuto cardiaco alla stazione spaziale. Per creare il carico cardiaco, lo scienziato Jonathan Tsui, ha indotto le cellule staminali pluripotenti indotte umane, iPSC, a svilupparsi in cellule del muscolo cardiaco, o cardiomiociti. Tsui, che era uno studente di dottorato nel laboratorio di Kim all’Università di Washington, ha accompagnato Kim come borsista post-dottorato quando Kim si è trasferito alla Johns Hopkins University nel 2019. I due hanno continuato la ricerca sulla biologia spaziale alla Johns Hopkins. Tsui ha poi inserito i tessuti in un chip tissutale miniaturizzato e bioingegnerizzato che stringe i tessuti tra due pali per raccogliere dati sul modo in cui i tessuti battono e, dunque, si contraggono. L’alloggiamento 3D delle cellule è stato progettato per imitare l’ambiente di un cuore umano adulto in una camera grande la metà di un telefono cellulare. Per portare i tessuti a bordo della missione SpaceX CRS-20, lanciata nel marzo 2020 alla volta della stazione spaziale, Tsui, che è ora uno scienziato di Tenaya Therapeutics, un’azienda che si occupa di prevenzione e trattamento delle malattie cardiache, ha dovuto trasportare a mano le camere di tessuto su un aereo fino in Florida e continuare a prendersi cura dei tessuti per un mese al Kennedy Space Center. Una volta che i tessuti erano sulla stazione spaziale, gli scienziati hanno ricevuto dati in tempo reale per 10 secondi ogni 30 minuti sulla forza di contrazione delle cellule, nota come forza di contrazione, e su eventuali modelli di battito irregolari. L’astronauta, Jessica Meir ha cambiato il liquido nutritivo che circondava i tessuti una volta alla settimana e ha conservato i tessuti a intervalli specifici per la successiva lettura dei geni e le analisi di imaging. Il gruppo di ricerca ha conservato una serie di tessuti cardiaci sviluppati nello stesso modo sulla Terra, alloggiati nello stesso tipo di camera, per confrontarli con i tessuti nello spazio. Quando le camere di tessuto sono tornate sulla Terra, Tsui ha continuato a mantenere e raccogliere dati dai tessuti.“Un’incredibile quantità di tecnologia all’avanguardia nelle aree dell’ingegneria delle cellule staminali e dei tessuti, dei biosensori e della bioelettronica e della microfabbricazione è stata impiegata per garantire la vitalità di questi tessuti nello spazio”, ha detto Kim, il cui gruppo di scienziati ha sviluppato il chip di tessuto per questo progetto e per quelli successivi. Devin Mair, ex dottorando del laboratorio di Kim e ora borsista post-dottorato alla Johns Hopkins, ha poi analizzato la capacità dei tessuti di contrarsi. Oltre a perdere forza, i tessuti del muscolo cardiaco nello spazio hanno sviluppato battiti irregolari, o aritmie, disturbi che possono causare il cedimento del cuore umano. Normalmente, il tempo che intercorre tra un battito del tessuto cardiaco e il successivo è di circa un secondo. Questa misura, nei tessuti a bordo della stazione spaziale, è cresciuta fino a essere quasi cinque volte più lunga rispetto a quella dei tessuti sulla Terra, anche se il tempo tra i battiti è tornato quasi alla normalità quando i tessuti sono tornati sulla Terra. Gli scienziati hanno anche scoperto che nei tessuti andati nello spazio i sarcomeri, i fasci di proteine delle cellule muscolari che le aiutano a contrarsi, sono diventati più corti e disordinati, un segno distintivo delle malattie cardiache umane. Inoltre, i mitocondri che producono energia nelle cellule legate allo spazio sono diventati più grandi, più rotondi e hanno perso le caratteristiche pieghe che aiutano le cellule a utilizzare e produrre energia. Infine, Mair, Eun Hyun Ahn, assistente professore di ricerca in ingegneria biomedica e Zhipeng Dong, dottorando della Johns Hopkins, hanno studiato la lettura dei geni nei tessuti ospitati nello spazio e sulla Terra. I tessuti della stazione spaziale hanno mostrato un aumento della produzione di geni coinvolti nell’infiammazione e nel danno ossidativo, altri segni distintivi delle malattie cardiache. “Molti di questi marcatori del danno ossidativo e dell’infiammazione sono costantemente dimostrati nei controlli post volo degli astronauti”, ha affermato Mair. Il laboratorio di Kim ha inviato un secondo lotto di tessuti cardiaci ingegnerizzati in 3D sulla stazione spaziale nel 2023, per analizzare i farmaci che potrebbero proteggere le cellule dagli effetti della bassa gravità. Lo studio è ora in corso e, secondo gli scienziati, questi stessi farmaci potrebbero aiutare le persone a mantenere la funzione cardiaca quando invecchiano. I ricercatori stanno continuando a migliorare il loro sistema “tessuto su chip” e stanno studiando gli effetti delle radiazioni sui tessuti cardiaci presso il Laboratorio di radiazioni spaziali della NASA. La stazione spaziale si trova in orbita terrestre bassa, dove il campo magnetico del pianeta protegge gli occupanti dalla maggior parte degli effetti delle radiazioni spaziali. (30Science.com)