Joseph Wu - bác sỹ tim mạch tại Đại học Stanford (Mỹ) cho biết, nghiên cứu này cung cấp một cách hữu ích để xác định các con đường phân tử đứng sau các tác động có hại của chuyến bay vũ trụ lên tim người. Việc sống trong môi trường vi trọng lực có thể gây hại cho cơ thể và các phi hành gia từng trải qua sự thay đổi về tim mạch, chẳng hạn như rối loạn nhịp tim. Tuy nhiên, việc tìm hiểu các tác động lên tim trong các chuyến bay vũ trụ kéo dài hàng tháng và các thay đổi phân tử đứng sau những tác động này vẫn là một thách thức, theo Deok-Ho Kim, đồng tác giả nghiên cứu và là kỹ sư y sinh tại Đại học Johns Hopkins (Mỹ). Không thể thực hiện các nghiên cứu khác nhau về phân tử và chức năng ở các phi hành gia, ông cho biết thêm.
Trái tim nhân tạo
Để vượt qua thách thức nghiên cứu ảnh hưởng của không gian lên tim, nhóm nghiên cứu sử dụng tế bào gốc đa năng cảm ứng từ con người - một loại tế bào có khả năng phát triển thành bất kỳ loại tế bào nào - và hướng chúng phát triển thành tế bào cơ tim người. Sau đó, các nhà nghiên cứu sắp xếp 6 mẫu mô giữa các cặp trụ. Một trụ trong mỗi cặp có khả năng co giãn, cho phép các mẫu mô co bóp giống như nhịp đập của trái tim. Hệ thống này, được gọi là "trái tim trên chip", được đặt trong một buồng có kích thước bằng khoảng một nửa chiếc điện thoại di động.
Khi hệ thống "trái tim trên chip" được đưa lên ISS, Deok-Ho Kim và các đồng nghiệp đã sử dụng các cảm biến để theo dõi sức mạnh co bóp và nhịp đập của mô tim theo thời gian thực. Để so sánh, họ cũng theo dõi một bộ mẫu mô khác được giữ lại trên Trái đất.
Sau 12 ngày trên ISS, sức mạnh co bóp của mô tim đã giảm gần một nửa, trong khi các mẫu trên Trái đất vẫn ổn định. Sự suy yếu này vẫn xuất hiện ngay cả sau 9 ngày phục hồi khi trở về Trái đất. Trong không gian, nhịp đập của mô cũng trở nên không đều theo thời gian, với khoảng cách giữa các nhịp tăng lên hơn năm lần vào ngày thứ 19. Tuy nhiên, sự bất thường này biến mất khi các mẫu trở lại Trái đất.
Điều này gợi ý rằng, các phi hành gia NASA như Sunita Williams và Butch Wilmore - những người đã mắc kẹt trên ISS nhiều tháng do các vấn đề kỹ thuật với tàu vũ trụ Starliner của Boeing - có thể đang trải qua các bệnh lý tim mạch, nhưng tình trạng này có khả năng sẽ biến mất khi họ trở về Trái đất.
Thay đổi di truyền
Sau khi nhận lại các mẫu mô từ không gian, Deok-Ho Kim và các đồng nghiệp đã sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua để kiểm tra các sarcomere - các sợi protein chịu trách nhiệm cho sự co bóp của cơ bắp. Sau 1 tháng ngoài Trái đất, các bó protein này trở nên ngắn hơn và ít trật tự hơn so với những mẫu mô được giữ lại trên mặt đất. Các ty thể - bộ máy sản xuất năng lượng bên trong tế bào - cũng bị phồng 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 con đường tín hiệu liên quan đến viêm và các rối loạn tim mạch ở các mẫu mô đã trải qua thời gian trên ISS. Trong khi đó, các gen sản xuất protein cần thiết cho sự co bóp bình thường của tim và chức năng ty thể lại cho thấy dấu hiệu giảm biểu hiện.
Mặc dù phương pháp "trái tim trên chip" của nghiên cứu rất sáng tạo, nhưng nó chưa thể mô phỏng hết những thay đổi quan trọng khác có thể xảy ra trong tim người, chẳng hạn như áp lực trong động mạch, theo Joseph Wu. Tuy nhiên, ông cũng nhận xét rằng, một hệ thống tương tự có thể rất hữu ích để nghiên cứu cách các cơ quan khác chịu đựng trong điều kiện vi trọng lực và mức độ bức xạ khắc nghiệt. Khả năng của nền tảng này trong việc hoạt động trong môi trường vi trọng lực trong khi vẫn duy trì sự sống của mô là một lợi thế lớn.
Deok-Ho Kim và các đồng nghiệp của ông đang lên kế hoạch gửi thêm mô tim và các mô cơ quan khác vào không gian trong thời gian dài hơn để nghiên cứu sâu hơn các 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.
NMK (theo Nature)