В конце марта на Землю вернулся биореактор со стволовыми клетками, пробывший 13 дней на Международной космической станции. Удалось ли им пережить путешествие, зачем посылать стволовые клетки в космос и что потом из них можно вырастить, рассказали «Газете.Ru» аспирант Института регенеративной медицины Научно-технического парка биомедицины Сеченовского университета Наталья Чепелова и директор по науке Института стволовых клеток человека Роман Деев.
Эксперимент МСК-2, проводимый Первым МГМУ им. И.М. Сеченова в сотрудничестве с РКК «Энергия» и НПП «БиоТехСис» направлен на изучение того, как выживают и ведут себя различные линии клеток в условиях космического полета. В перспективе его результаты позволят понять, что происходит в организме космонавтов и как можно повлиять на эти процессы.
«Микрогравитация влияет на все процессы, протекающие внутри клетки, в особенности на кальций-натриевый обмен, что сказывается на состоянии костной ткани, — рассказала «Газете.Ru» аспирант Института регенеративной медицины Научно-технического парка биомедицины Сеченовского университета Наталья Чепелова. — Отсутствие гравитации вызывает потерю костной массы у космонавтов, что становится серьезной преградой для осуществления долгосрочных космических миссий. В наши планы входит разработать модели костной и хрящевой ткани в условиях микрогравитации.
Моделирование и установление механизмов, которые приводят к развитию заболеваний опорно-двигательного аппарата в перспективе могут позволить разработать решение для профилактики и лечения остеопении не только у космонавтов, но и у людей на Земле, страдающих от таких социально значимых заболеваний, как остеопороз».
Кроме того, в условиях микрогравитации интенсивнее работает сердце, что вызывает проблемы с сердечно-сосудистой системой. Чтобы хорошо изучить последствия такой перегрузки, тоже нужны клеточные модели, наблюдение за которыми будет проходить в условиях микрогравитации. Создать их на Земле практически невозможно.
Чтобы вырастить необходимые для исследований клетки прямо на борту МКС, сначала нужно доставить туда биореактор с трехмерной коллагеновой матрицей, заселенной стволовыми клетками, к которым поступают питательные вещества. В первых полетах практически все клетки погибали, но модификация реактора, позволившая активнее снабжать их питательными веществами и удалять продукты клеточного метаболизма, значительно повысила выживаемость.
«В предыдущих экспериментах живыми возвращалось несколько тысяч клеток, хотя отправлено было несколько миллионов. При этом у них была значительно снижена пролиферативная активность, — поясняет Чепелова. —
В последних полетах мы добились того, что по прибытии на Землю клетки лучше выживали, сохраняли способность к размножению и формировали монослой при культивировании на чашках Петри. Это важно для последующего анализа, так как, чем больше есть клеток в распоряжении, тем точнее можно интерпретировать результаты эксперимента.
Насколько именно улучшилась выживаемость клеток — ответить пока сложно, анализ результатов все еще продолжается».
Результаты эксперимента открывают путь к выращиванию на космических станциях клеток для массы задач, как исследовательских, так и прикладных. Помимо изучения остеопороза, стволовые клетки можно использовать для создания тканевых имплантов и выращивания органов, что пригодится в будущих длительных космических миссиях.
«В условиях микрогравитации клетки формируют ткань без воздействия силы тяжести, что в какой-то степени имитирует условия ранних этапов внутриутробного развития, — поясняет Чепелова. — Понимание фундаментальных основ протекающих процессов будет полезно для привнесения результатов в клиническую практику для реконструкции повреждений с использованием эквивалентов тканей».
Также из стволовых клеток можно культивировать мясо для питания, что снизит затраты на доставку продовольствия, в том числе при долгосрочных космических миссиях — похожий эксперимент предстоит провести участникам первой полностью частной космической миссии Axiom-1, правда, с помощью уже зрелых клеток мышечной ткани.
«Значимые прорывы только предстоят, — говорит Чепелова. — Но для нас каждый успешный эксперимент — прорыв на пути к большему открытию».
История изучения живых клеточных культур в космосе в нашей стране и за рубежом насчитывает не менее трех десятилетий, пояснил «Газете.Ru» директор по науке Института стволовых клеток человека Роман Деев. Отсутствие земного притяжения дает возможность получить из клеток самые неожиданные эквиваленты тканей, образование которых в обычных условиях невозможно. В условиях микрогравитации в клетках происходит ряд важных, неисследованных на Земле событий — изменение их способности прикрепляться к субстрату и друг к другу, перестройка их скелета и метаболической активности. В основе этого лежат изменения регуляции активности генов в ядре клеток.
«И если известный и понятный многим остеопороз все же может быть подвергнут фармакологической и физической коррекции, то утрата мышечной ткани, саркопения, являющаяся глобальной проблемой человечества, которая по прогнозам в ближайшее десятилетие затронет более 200 млн человек старше 40 лет, не имеет даже минимальных успехов в лечении, — добавляет Деев. — А, значит, расшифровка эпигенетической регуляции генерации мышечных клеток и волокон становится весьма важной.
Под этим углом зрения космические клеточные эксперименты могут оказаться весьма востребованными».
Расшифровка молекулярно-генетических механизмов регуляции жизни клетки чрезвычайно важно для медико-биологического сопровождения будущих длительных космических полетов, подчеркивает Деев. Помимо микрогравитации, живые структуры в космосе сталкиваются с солнечной радиацией и другими повреждающими факторами, которые необходимо изучить, прежде чем перешагнуть порог дальнего космоса.
«Что до гастрономических перспектив, то пока и на Земле технологии получения ощутимых объемов мышечной ткани по сносной себестоимости недостижимы. В этом смысле, нельзя не согласиться с Чепеловой — значимые прорывы еще только предстоят», — заключает эксперт.
Эксперименты с клетками продлятся до 2023 года. За это время ученые планируют выяснить, насколько успешно в условиях микрогравитации клетки будут дифференцироваться — превращаться из стволовых в зрелые клетки с определенными функциями. Это позволит выращивать образцы тканей для исследований, питания и медицинского применения.