Não é segredo que passar longos períodos no espaço cobra seu preço do corpo humano. Durante anos, a NASA e outras agências espaciais têm pesquisado os efeitos da microgravidade em humanos, animais e plantas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Até agora, a pesquisa mostrou que ficar no espaço por longos períodos leva à atrofia muscular, perda de densidade óssea, alterações na visão, expressão genética e problemas psicológicos. Conhecer esses efeitos e como mitigá-los é essencial, dados nossos objetivos futuros de exploração espacial, que incluem missões de longa duração para a Lua, Marte e além.
No entanto, de acordo com um experimento recente liderados por pesquisadores da Universidade Johns Hopkins e apoiados pelo Centro Espacial Johnson da NASA, parece que os tecidos cardíacos “realmente não se saem bem no espaço” também. O experimento consistiu em 48 amostras de tecido cardíaco humano bioengenheirado sendo enviadas para a ISS por 30 dias. Como eles indicam em o papel deleso experimento demonstra que a exposição à microgravidade enfraquece o tecido cardíaco e enfraquece sua capacidade de manter batimentos rítmicos. Esses resultados indicam que medidas adicionais devem ser tomadas para garantir que os humanos possam manter sua saúde cardiovascular no espaço.
O estudo foi liderado por Deok-Ho Kim e seus colegas do Departamento de Engenharia Biomédica na Universidade Johns Hopkins (BME-JHU) e Centro de Sistemas Microfisiológicos da JHU. Eles foram acompanhados por pesquisadores da UC Boulder Ann e HJ Smead Departamento de Ciências da Engenharia Aeroespacialo Instituto de Células-Tronco e Medicina Regenerativa (ISCRM) e o Centro de Biologia Cardiovascular na Universidade de Washington, o Instituto Stanford de Células-Tronco e Medicina Regenerativa, BioServe Tecnologias Espaciaise o Johnson Space Center da NASA. O artigo que detalha suas descobertas foi publicado ontem (23 de setembro) no Anais da Academia Nacional de Ciências.
Pesquisas anteriores mostraram que os astronautas que retornam à Terra da ISS sofrem de uma miríade de efeitos na saúde consistentes com certas condições relacionadas à idade, incluindo função reduzida do músculo cardíaco e batimentos cardíacos irregulares (arritmias), a maioria dos quais se dissipará com o tempo. No entanto, nenhuma dessas pesquisas abordou o que acontece no nível celular e molecular. Para aprender mais sobre esses efeitos e como mitigá-los, Kim e seus colegas enviaram uma plataforma automatizada de “coração em um chip” para a ISS para estudo.
Para criar essa carga útil, a equipe contou com células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (iPSCs), que podem se tornar muitos tipos de células, para produzir cardiomiócitos (células do músculo cardíaco). Esses tecidos resultantes foram colocados em um chip de tecido bioengenheirado miniaturizado, projetado para imitar o ambiente de um coração humano adulto. Os chips então coletariam dados sobre como os tecidos se contrairiam ritmicamente, imitando como o coração bate. Um conjunto de biochips foi lançado a bordo da missão SpaceX CRS-20 para a ISS em março de 2020, enquanto outro foi mantido na Terra como um grupo de controle.
Uma vez na ISS, o astronauta Jéssica Meir cuidou do experimento, trocando os nutrientes líquidos ao redor dos tecidos uma vez por semana, enquanto preservava amostras de tecido em intervalos específicos para que a leitura de genes e análises de imagens pudessem ser conduzidas após seu retorno à Terra. Enquanto isso, o experimento enviava dados em tempo real de volta à Terra a cada 30 minutos (por 10 segundos de cada vez) sobre as contrações das amostras de tecido e quaisquer padrões irregulares de batimento (arritmias).
“Uma quantidade incrível de tecnologia de ponta nas áreas de células-tronco e engenharia de tecidos, biossensores e bioeletrônica e microfabricação foi usada para garantir a viabilidade desses tecidos no espaço”, disse Kim em um recente Hub comunicado de imprensa.
Quando as câmaras de tecido retornaram à Terra, ele e seus colegas continuaram a manter e coletar dados das amostras para ver se havia alguma mudança em suas habilidades de contração. Além de perder força, os tecidos musculares desenvolveram arritmias, consistentes com condições cardíacas relacionadas à idade. Em um coração humano saudável, o tempo entre as batidas é de cerca de um segundo, enquanto as amostras de tecido duraram quase cinco vezes mais — embora tenham retornado ao normal quando retornaram à Terra.
A equipe descobriu ainda que os feixes de proteínas das células do tecido que as ajudam a se contrair (sarcômeros) eram mais curtos e mais desordenados do que os do grupo de controle, outro sintoma de doença cardíaca. Além disso, as mitocôndrias nas amostras de tecido ficaram maiores e mais redondas e perderam as dobras características que as ajudam a produzir e usar energia. Por fim, a leitura do gene nos tecidos mostrou aumento da produção de genes relacionada à inflamação e um desequilíbrio de radicais livres e antioxidantes (estresse oxidativo).
Isso não é apenas consistente com doenças cardíacas relacionadas à idade, mas também consistentemente demonstrado em verificações pós-voo de astronautas. A equipe diz que essas descobertas expandem nosso conhecimento científico dos efeitos potenciais da microgravidade na saúde humana no espaço e também podem avançar o estudo do envelhecimento do músculo cardíaco e terapêuticas na Terra. Em 2023, o laboratório de Kim deu continuidade a esse experimento enviando um segundo lote de amostras de tecido para a ISS para testar medicamentos que poderiam ajudar a proteger os músculos cardíacos dos efeitos da microgravidade e ajudar as pessoas a manter a função cardíaca à medida que envelhecem.
Enquanto isso, a equipe continua a melhorar seu sistema de tecido em um chip e se uniu à NASA Laboratório de Radiação Espacial para estudar os efeitos da radiação espacial nos músculos cardíacos. Esses testes avaliarão a ameaça que os raios solares e cósmicos representam para a saúde cardiovascular além da Órbita Terrestre Baixa (LEO), onde o campo magnético da Terra protege contra a maioria da radiação espacial.
Leitura adicional: Universidade John Hopkins, PNAS
