Astronauten leben in einer praktisch schwerelosen Umgebung, wissenschaftlich als Mikrogravitation bekannt. Die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper sind vielfältig und faszinierend – einige von ihnen schädlich, manche erlösend. Neue Forschung findet einen therapeutischen Zweck für den Einfluss von Mikrogravitation auf menschliche Stammzellen.
Das Gehirn bewegt sich nach oben, die Muskeln schrumpfen, die Venen schwellen an und die Gesichter der Astronauten werden geschwollen. Die Auswirkungen der Mikrogravitation auf den menschlichen Körper sind faszinierend, um es gelinde auszudrücken.
Aber wie beeinflussen schwerelose Bedingungen das Herz? Da dieses lebenswichtige Organ nicht so viel Blut durch den Körper pumpen muss, wie es unter der Schwerkraft der Fall wäre, neigen Blutgefäße im Laufe der Zeit dazu, weniger elastisch und dicker zu werden, was das Risiko von Herzerkrankungen erhöht.
Als Kontrapunkt zu diesen negativen Folgen entdecken die Wissenschaftler jedoch immer mehr therapeutische Effekte der Raumfahrt auf das menschliche Herz.
Zum Beispiel haben Studien gezeigt, dass Mikrogravitation, die im Labor simuliert wird, Progenitor-Herzzellen in Abhängigkeit von ihrem Alter unterschiedlich beeinflusst. Vorläuferzellen sind "frühe Nachkommen von Stammzellen, die sich differenzieren können, um eine oder mehrere Arten von Zellen zu bilden".
Andere Studien an embryonalen Mauszellen haben gezeigt, dass die Simulation von Raumflug die Stammigkeit und Differenzierung von Stammzellen beeinflusst und ihnen hilft, schneller in Herzmuskelzellen zu differenzieren.
So fragten sich Forscher der Loma Linda Universität in Loma Linda, Kalifornien, ob die so veränderten Stammzellen für die Herzreparatur verwendet werden könnten.
Um diese Frage zu beantworten, simulierten Jonathan Baio und seine Kollegen die molekularen Veränderungen, die unter Mikrogravitation passieren würden, und untersuchten ihre Implikationen für die Steigerung des therapeutischen Potentials von kardiovaskulären Vorläuferzellen.
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in einer Sonderausgabe der Zeitschrift
Mikrogravitation verändert die Calcium-Signalgebung
Baio und das Team simulierten für 6-7 Tage auf der Internationalen Raumstation der NASA und kultivierten neonatalen Herzvorläuferzellen für 12 Tage im National Laboratory an Bord der Raumstation Mikrogravitation.
Die Wissenschaftler suchten nach Veränderungen in der Genexpression und fanden heraus, dass die Mikrogravitationsumgebung "die Expression von Genen induziert, die typischerweise mit einem früheren Zustand der kardiovaskulären Entwicklung assoziiert sind".
Nach 6-7 Tagen fanden die Wissenschaftler Veränderungen in den Calcium-Signalwegen, die, wie man sagt, zur Verbesserung von Stammzellen-basierten Therapien zur Herzreparatur genutzt werden könnten.
Nach 30 Tagen wurde eine Calcium-abhängige Proteinkinase oder ein Enzym namens C alpha aktiviert. Um den Effekt der Kalziuminduktion bei neonatalen [Herzprogenitorzellen] weiter zu erforschen, aktivierten die Forscher die Proteinkinase auf der Erde durch Erhöhung der Calcium-Signalisierung.
Die festgestellten Veränderungen ließen die Forscher zu dem Schluss kommen, dass "die Manipulation der Kalzium-Signalübertragung auf der Erde eine neue therapeutische Möglichkeit für die zellbasierte Herzrekonstruktion darstellt".
Was die Ergebnisse für die Herzreparatur bedeuten
Wie die Autoren bemerken, gibt es bereits klinische Studien in der frühen Phase, die Herzstammzellen zur Behandlung von Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie oder zur Genesung von Patienten nach einem Herzinfarkt verwenden.
Während die Ergebnisse dieser Studien vielversprechend sind, versagt manchmal die Zellanreicherung und Wissenschaftler diskutieren immer noch, welcher Zelltyp für die Transplantation am besten ist.
"Daher kann die Anwendung von Ergebnissen aus [Mikrogravitation] -Experimenten auf erdbasierte Experimente dazu beitragen, die Unzulänglichkeiten aktueller klinischer Studien zu überwinden, die die Verwendung von [Herzvorläuferzellen] zur Herzrekonstruktion beinhalten", schreiben die Autoren.
Baio und Kollegen schließen:
"[M] die Anlagerung der normalen Gravitationsumgebung früher [Herzvorläuferzellen] kann wichtige Mechanismen hervorheben, mit denen sich frühe Herzvorläufer entwickeln oder erweitern. Solche Einsichten können angewendet werden, um die kardiovaskuläre Entwicklung besser zu verstehen und die Ergebnisse von Stammzellen-basierten regenerativen Therapien zu verbessern . "
Graham C. Parker, Ph.D. – der an der medizinischen Fakultät der Wayne State University in Detroit, MI, angegliedert ist und der Chefredakteur der Zeitschrift auch zu den Ergebnissen Stellung nimmt.
Er sagt: "Dieses Papier liefert einen wichtigen Beweis für die Kombination von raum- und bodengestütztem experimentellem Design und informiert über die Entwicklung von kardiotherapeutischen Anwendungen sowohl im Weltraum als auch hier auf der Erde."
