Die Raumfahrt kann den Schlüssel zur Herzreparatur enthalten
Astronauten leben in einer praktisch schwerelosen Umgebung, die wissenschaftlich als Mikrogravitation bekannt ist. Die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper sind vielfältig und faszinierend - einige davon schädlich, andere erlösend. Neue Forschungen finden einen therapeutischen Zweck für den Einfluss der Mikrogravitation auf menschliche Stammzellen.
Die Auswirkungen der Mikrogravitation auf den menschlichen Körper sind, gelinde gesagt, faszinierend, da sich das Gehirn nach oben bewegt, die Muskeln schrumpfen, die Venen anschwellen und die Gesichter der Astronauten geschwollen sind.
Aber wie wirken sich schwerelose Zustände auf das Herz aus? Da dieses lebenswichtige Organ nicht so viel Blut durch den Körper pumpen muss wie unter der Schwerkraft, werden die Blutgefäße im Laufe der Zeit weniger elastisch und dicker, was das Risiko für Herzerkrankungen erhöht.
Als Kontrapunkt zu diesen negativen Folgen entdecken Wissenschaftler jedoch immer mehr potenziell therapeutische Auswirkungen der Raumfahrt auf das menschliche Herz.
Studien haben beispielsweise gezeigt, dass die im Labor simulierte Mikrogravitation die Vorläuferherzzellen je nach Alter unterschiedlich beeinflusst. Vorläuferzellen sind "frühe Nachkommen von Stammzellen, die differenzieren können, um eine oder mehrere Arten von Zellen zu bilden".
Andere Studien an embryonalen Mauszellen haben gezeigt, dass die Simulation der Raumfahrt die Stammzellen und die Differenzierung von Stammzellen beeinflusst und ihnen hilft, sich schneller in Herzmuskelzellen zu differenzieren.
Forscher der Loma Linda University in Loma Linda, Kalifornien, fragten sich, ob so modifizierte Stammzellen für die Herzreparatur verwendet werden könnten.
Um diese Frage zu beantworten, simulierten Jonathan Baio und Kollegen die molekularen Veränderungen, die unter der Schwerelosigkeit auftreten würden, und untersuchten ihre Auswirkungen auf die Steigerung des therapeutischen Potenzials von kardiovaskulären Vorläuferzellen.
Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in einer Sonderausgabe der Zeitschrift Stammzellen und Entwicklung.
Die Mikrogravitation verändert die Kalziumsignale
Baio und sein Team simulierten 6–7 Tage lang Mikrogravitation auf der Internationalen Raumstation der NASA und kultivierten 12 Tage lang neonatale Herzvorläuferzellen im Nationalen Labor an Bord der Raumstation.
Die Wissenschaftler suchten nach Veränderungen in der Genexpression und stellten fest, dass die Mikrogravitationsumgebung „die Expression von Genen induzierte, die typischerweise mit einem früheren Zustand der kardiovaskulären Entwicklung assoziiert sind“.
Nach 6 bis 7 Tagen fanden die Wissenschaftler Veränderungen in den Kalzium-Signalwegen, die ihrer Meinung nach zur Verbesserung stammzellbasierter Therapien für die Herzreparatur eingesetzt werden könnten.
Nach 30 Tagen wurde eine Calcium-abhängige Proteinkinase oder ein Enzym namens C alpha aktiviert. Um den „Effekt der Kalziuminduktion bei Neugeborenen [Herzvorläuferzellen] weiter zu untersuchen“, aktivierten die Forscher die Proteinkinase auf der Erde, indem sie die Kalziumsignale erhöhten.
Die festgestellten Änderungen ließen die Forscher zu dem Schluss kommen, dass "die Manipulation des Kalziumsignals auf der Erde eine neuartige therapeutische Möglichkeit für die zellbasierte Herzreparatur darstellt".
Was die Ergebnisse für die Herzreparatur bedeuten
Wie die Autoren bemerken, gibt es bereits klinische Studien in der Frühphase, in denen Herzstammzellen zur Behandlung von Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie oder zur Genesung von Menschen nach einem Herzinfarkt eingesetzt werden.
Obwohl die Ergebnisse dieser Studien vielversprechend sind, schlägt die Zelltransplantation manchmal fehl und die Wissenschaftler diskutieren immer noch, welcher Zelltyp für die Transplantation am besten geeignet ist.
"Daher kann die Anwendung von Erkenntnissen aus [Mikrogravitations-] Experimenten auf erdbasierte Experimente dazu beitragen, die Mängel aktueller klinischer Studien zu überwinden, bei denen [Herzvorläuferzellen] zur Herzreparatur verwendet werden", schreiben die Autoren.
Baio und Kollegen kommen zu dem Schluss:
„[M] die Anipulation der normalen Schwerkraftumgebung früher [Herzvorläuferzellen] kann wichtige Mechanismen hervorheben, durch die sich frühe Herzvorläufer entwickeln oder ausdehnen. Solche Erkenntnisse können angewendet werden, um die kardiovaskuläre Entwicklung besser zu verstehen und die Ergebnisse stammzellbasierter regenerativer Therapien zu verbessern. “
Graham C. Parker, Ph.D. - der Mitglied der Medizinischen Fakultät der Wayne State University in Detroit, MI, ist und Chefredakteur der Zeitschrift ist Stammzellen und Entwicklung - kommentiert auch die Ergebnisse.
Er sagt: "Dieses Papier liefert einen wichtigen Proof of Concept für die Kombination von weltraum- und bodengestütztem experimentellem Design und informiert über die Entwicklung der Herztherapie sowohl für die Raumfahrt als auch hier auf der Erde."
