Чи безпечна вагітність у космосі? Відповідь може дати дослідження стовбурових клітин у невагомості

Автори: Джоана Бриджер, професорка геномної організації Брунельського університету; Імануїл Картерис, професор біомедичних наук Брунельського університету.

Космос – це вороже середовище з екстремальними умовами. Проте це лише питання часу, коли звичайні люди опиняться в ньому, займаючись космічним туризмом або приєднавшись до самоврядних колоній далеко від Землі.

Для цього необхідно краще зрозуміти, яку небезпеку становить космічне середовище для наших клітин, тканин, органів і розуму. Вкрай важливо для майбутніх космічних колоній знати, чи зможемо ми легко розмножуватися в умовах, відмінних від земних.

Вплив радіації на наші клітини, що веде до пошкодження ДНК, добре задокументований. Менш зрозуміло, як низький рівень гравітації, який вчені називають мікрогравітацією, вплине на механізми та ритми організму на клітинному рівні.

Вчені лише починають вивчати, як мікрогравітація може вплинути на активність наших клітин. Дуже важливо, що експерименти з ембріональними стовбуровими клітинами та моделі розвитку ембріонів у перші кілька тижнів перебування у космосі допоможуть нам визначити, чи можливо для людини продовжити рід у позапланетних колоніях майбутнього.

Зачаття у космосі

Здатність до розмноження в космосі вивчалася у кількох тварин, включаючи комах, амфібій, риб, рептилій, птахів і гризунів. Було встановлено, що для таких організмів, як риби, жаби та гекони, під час космічного польоту, безумовно, можливо запліднити яйцеклітини, які здатні вижити та розмножуватися на Землі.

Але у ссавців ситуація складніша. Наприклад, дослідження на мишах показало, що їхній цикл еструсу, частина репродуктивного циклу, порушується під впливом мікрогравітації. Інше дослідження показало, що вплив мікрогравітації викликає негативні неврологічні зміни у щурів. Гіпотетично ці ефекти можуть передаватися і наступним поколінням.

Ймовірно, це відбувається тому, що наші клітини не еволюціонували для життя в умовах мікрогравітації. Вони еволюціонували протягом мільйонів років на Землі у її унікальному гравітаційному полі. Земна гравітація є частиною того, що закріплює та надає фізичну силу нашим тканинам, клітинам і внутрішньоклітинному вмісту, допомагаючи контролювати специфічні рухи всередині клітин. Вивчення цього явища називається механобіологією.

Поділ клітин та переміщення генів і хромосом усередині них, що має вирішальне значення для розвитку плода, також відбувається під дією сили тяжіння, відомої нам на Землі. З цього випливає, що системи, створені для ідеальної роботи в умовах земного тяжіння, можуть постраждати від зміни сили тяжіння.

Положення ембріона

Коли ембріон вперше починає ділитися в процесі, який називається дробленням, швидкість поділу може бути вищою на одному боці ембріона, ніж на іншому. Гравітація відіграє певну роль, визначаючи положення найперших будівельних блоків у людському житті.

Також гравітація допомагає створити правильний план будови плоду, забезпечуючи правильний розвиток клітин, у правильних місцях, у правильному порядку і в правильній просторовій орієнтації.

Вчені досліджували, наскільки мікрогравітація впливає на ембріональні стовбурові клітини, які є «плюрипотентними» і можуть перетворитися на будь-які клітини організму. На сьогодні є докази того, що коли ембріональні стовбурові клітини гризунів піддаються впливу мікрогравітації, це може вплинути на їхню здатність ставати потрібними типами клітин.

Також можливо отримати плюрипотентні стовбурові клітини з нормальних зрілих клітин організму людини, які називаються індукованими плюрипотентними стовбуровими клітинами. Вони також вивчалися в умовах мікрогравітації, але експерименти на Землі показали, що індуковані стовбурові клітини розмножуються швидше в умовах штучної мікрогравітації. Дві партії цих стовбурових клітин зараз знаходяться на Міжнародній космічній станції, щоб перевірити, чи можна повторити ці результати в космосі.

Якщо стовбурові клітини дорослої людини розмножуються в космосі швидше, це може відкрити двері для їх комерційного виробництва на орбіті, бо на Землі важко виростити достатню кількість цих клітин для лікування дегенеративних захворювань за допомогою терапії стовбурових клітин.

Гравітаційне поле

Крім нормальних клітинних процесів, так само не зрозуміло, як вплине мікрогравітація на запліднення, вироблення гормонів, лактацію і навіть на сам процес народження.

Виявляється, що короткочасна дія мікрогравітації, можливо, на пів години, не матиме надто великий вплив на клітини людини. Проте вплив протягом дня чи тижня, імовірно, матиме певний ефект. Це без урахування впливу радіації на наші клітини та ДНК, але ми вже знаємо, як захиститись від неї.

Вчені розглядають два способи захисту від несприятливого впливу мікрогравітації на нашу біологію: втручання на клітинному рівні за допомогою ліків або нанотехнологій і втручання на рівні навколишнього середовища, шляхом імітації земної гравітації в космічних кораблях або позаземних колоніях. Обидва напрямки знаходяться на початкових стадіях.

Однак, вивчення стовбурових клітин в космосі відкриває важливе вікно в те, як вагітність може проходити або не проходити, коли ми знаходимося поза гравітаційним полем Землі. Наразі тим, кому пощастило вирушити в космос, краще уникати спроб зачаття до, під час або відразу після космічного польоту.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «Pregnancy in space: studying stem cells in zero gravity may determine whether it’s safe» в журналі «The Conversation» 6 вересня 2022 р.

Переклали Вероніка Єгорова й Анна-Марія Матола.