Ijesztő dolog történik a testünkkel az űrben

Első alkalommal derítették fel a sejtek szintjén, miért gyengül le az űrutazók immunrendszere a mikrogravitáció hatására, és hogy ezt miként lehetne kivédeni. A szer, amit azonosítottak, az immunrendszer normális földi öregedését is lelassíthatja.

Amióta csak embereket küldünk az űrbe, számos alkalommal megtapasztalhattuk, hogy az űrutazás extrém körülményei – különösen a gravitáció drasztikus csökkenése – alaposan nyomot hagynak az űrutazók egészségén.

A gravitáció hiánya kedvezőtlenül befolyásolja az immunműködést
Fotó: Xinhua via AFP

Az öregedés titkait kutató kaliforniai intézet, a Buck Institute for Research on Aging kutatói most először derítették fel az egyes sejtek szintjén, hogyan befolyásolja a gravitáció hiánya az egyes immunsejtek működését. A David Furman és Daniel Winer, valamint a Weill Cornell Medial College-ben dolgozó Christopher E. Mason által társ-rangidős szerzőkként jegyzett közlemény, amely a Nature Communications szakfolyóiratban látott napvilágot, alaposan körüljárja azt a kérdést, miként hat a gravitáció az immunsejtekre, és azonosítja azokat a lehetséges gyógyászati táplálékkiegészítőket, amelyek ellensúlyozhatják a mikrogravitáció immunrendszerre gyakorolt kedvezőtlen befolyását.

„Megmutatjuk, miként alakítja a szimulált mikrogravitáció az immunsejtek működését, és hogyan módosítják a gravitációs erő változásai e sejtek funkcióját az egyedi sejtek szintjén – ismertette Winer. – A felbontásnak ez a szintje új és izgalmas lehetőségeket teremt a mikrogravitáció sejtekre gyakorolt hatásának megértésében.”

Az immunrendszert és az öregedést is befolyásolja a világűr

Mikrogravitációs körülmények között tartott sejtek, valamint a Nemzetközi Űrállomást megjárt űrhajósok és egerek adatainak felhasználásával a kutatók teljes képet tudtak alkotni arról, hogyan befolyásolja a csökkent gravitáció a perifériás vérben található különböző immunsejteket. A vizsgált sejtek között az immunrendszer kulcsfontosságú sejtes összetevői: 

limfociták (nyiroksejtek) és monociták (falósejtek) szerepeltek.

A tanulmány eredményei alkalmazhatók lehetnek az immunrendszer természetes öregedése terén is, ugyanis az öregedés során megfigyelt változások hasonlítanak azokra, amelyeket az űrutazókon észleltek a tudósok. A kutatócsoport felvázolja továbbá, hogyan érdemes a nullaközeli gravitáció kártékony hatását ellensúlyozó vegyületeket keresni, és bemutatja, hogy az egyik ilyen vegyület, a kvercetin nemcsak az űrutazás során elszenvedett immunkárosodás, hanem a normális földi öregedéssel járó immunrendszeri hanyatlás mérséklése terén is ígéretes.

Munkánkra forrásként tekinthetünk annak jobb megértéséhez, vajon miért és hogyan változik az immunrendszer a szimulált mikrogravitáció és a valódi űrutazás körülményei között – ismételte el Furman. – Utat mutatunk továbbá ahhoz, hogy a normális immunitás e zord körülmények közepette is fenntartható legyen.”

A földközeli pályán keringő, például a Nemzetközi Űrállomáson szolgálatot teljesítő űrhajósoknál rendszeresen jelentkeznek immunrendszeri zavarok: fertőzéseket kapnak el, alvó vírusok lendülnek bennük működésbe, és bőrérzékenység alakul ki náluk. Ezek a problémák már a rövidebb űrrepülések alatt is felütik a fejüket.

Korábbi vizsgálatok már kimutatták, hogy többféle immunsejt funkciója is csorbát szenved a szimulált vagy valódi mikrogravitáció viszonyai közepette. Azonban – mutatnak rá a mostani cikk szerzői – az immunrendszeri működészavar hátterében álló alapvető mechanizmusok, gének és jelátviteli útvonalak mindeddig homályban maradtak. A kutatók ezért szerették volna a sejtek szintjén tisztázni a történéseket, hogy meg tudják magyarázni a megfigyelt kedvezőtlen változásokat.

A mikrogravitáció az öregedésre is hatással van
Fotó: Science Photo Library via AFP

Így zajlott a kutatás

A vizsgálatokat, melyek során huszonhét 20 és 46 év közötti egészséges emberi donor perifériás véréből származó immunsejteket 25 órán át a szimulált mikrogravitáció hatásának tettek ki, a cikk vezető szerzői, Fei Wu posztdoktori kutató és Huixun Du doktorandusz irányították. A közel gravitációmentes körülmények előállításához a sejteket a NASA által a mikrogravitáció modellezésére kifejlesztett forgó falú tenyésztőedény (Rotating Wall Vessel) nevű berendezésben növesztették.

A csökkent gravitáció hatásainak felderítésére a csoport többféle technikát is bevetett: a sejteket szekvenálással és szupernagy felbontású mikroszkóppal jellemezték. Eredményeiket aztán összevetették az űrbe bocsátott embereken és egereken végzett egyéb tanulmányok kimenetelével: a JAXA (Cell-Free Epigenome Study, Sejtmentes Epigenom Vizsgálat) misszióéval, a SpaceX által végzett Inspiration 4 misszióéval, a NASA Twins Study-jával, és a Nemzetközi Űrállomáson tartott egerek lépsejtjeinek változásaival.

Érdekes módon úgy tűnik, hogy a mechanikai erő összehangolja az immunsejtek funkcióját”

 – magyarázta Winer, akinek az űrorvostan iránti érdeklődése onnan származik, hogy az utóbbi években alaposan beleásta magát a mechanoimmunológia tudományágába. Ez a születőben lévő diszciplína a külső erők immunfunkcióra gyakorolt hatását firtatja.

Gyógyszerrel kiküszöbölhető a probléma?

Miután találtak néhány olyan gént és jelátviteli utat, amelyek számottevően reagálnak a mikrogravitáció körülményeire, a kutatók szerették volna kideríteni, akadhat-e olyan gyógyszer vagy táplálkozáskiegészítő, amely megvédhetné az immunsejteket a mikrogravitáció okozta ártalmaktól. Keresésüket az a gépi tanuló technológia segítette, amelyet Furman a Buck Institute-ban fejlesztett ki, és amely több mint 2 millió kölcsönhatást tud áttekinteni a gének, illetve különböző gyógyszerek és tápanyagok között.

A több tucat lehetséges vegyület közül további vizsgálódás céljára a kvercetin nevű növényi pigmentanyagot választották, amely megtalálható egyebek között a lilahagymában, a szőlőben, a bogyós gyümölcsökben, az almában és a citrusfélékben, mivel ezt széles körben ajánlják antioxidánsként és öregedés elleni táplálékkiegészítőként. 

A kvercetin a gravitációhiány okozta változásokat közelítőleg 70 százalékban kivédte, és megvédte a sejteket a reaktív oxigéngyökök okozta károsodástól.

„Eredményeink mérföldkövet jelentenek a szimulált mikrogravitáció nyomán bekövetkező immunsejt-változások jellemzésében, amelyek egyébként jól korrelálnak az űrutazásban részt vett egereken és embereken tapasztalható változásokkal – szögezte le Winer. – Munkánk kijelöli a mechanoimmunológiai és asztroimmunológiai kutatás jövőbeni útját, és lehetőséget ad olyan védő beavatkozások kifejlesztésére, amelyek segítenek az űrben is megőrizni a normális immunvédekezést.”

Furman hozzátette: a cikk egyben mércét is állít az űrutazást kísérő élettani változások további elemzéséhez. „Ez az első olyan átfogó tanulmány, amely útmutatóul szolgálhat a nemzetközi tudományos közösség számára ahhoz, miként érdemes az űrutazás extrém körülményeinek az emberi biológiára gyakorolt hatását felmérni” – jelentette ki a kutató.

A kutatás jelentősége messze túlmutat az űrutasok egészségének kérdésén”

 – hangsúlyozta végül Furman. A tudósok izgatottan várják, hogy fény derüljön az űrutazás és a normális földi öregedés hatásai közötti párhuzamokra, és hogy új ismereteikkel felvértezve megkíséreljék visszafordítani az immunrendszer öregedéssel járó gyengülését.