Тиха розмова між м'язами та гравітацією, і що відбувається, коли вона зупиняється

Уявіть собі м'яз як щось, що все ваше життя веде розмову з гравітацією, постійно відчуваючи вагу вашого тіла, постійно коригуючи, постійно отримуючи сигнал, що він потрібен. Тепер уявіть, що цю розмову повністю переривають. Це в деяких відношеннях те, що відбувається з тілом астронавта на орбіті, і це проблема, що лежить в основі нового дослідження в Університеті штату Айова, підтриманого Iowa NASA EPSCoR, про те, як космічні польоти змінюють фізіологію людини з клітинного рівня вгору.

Міжнародна космічна станція, де втрата м'язової маси, досліджувана командою доктора Камала, відбувається на орбіті, проблема, що зростає в міру того, як місії просуваються до Місяця та Марса (Кредит: NASA)

Цю роботу виконує доктор Халед Камал, який приєднався до Університету штату Айова в 2024 році після більш ніж десятирічної роботи над проектами, пов'язаними з Європейським космічним агентством та NASA. Камал вивчає, як мікрогравітація порушує сигнальні шляхи, які підтримують здоров'я м'язів, процеси з назвами, такими як механотрансдукція, спосіб, яким клітини відчувають і реагують на фізичну силу, поряд з редокс-біологією та міжклітинною комунікацією в опорно-руховій системі. Його центральна увага зосереджена на атрофії м'язів, втраті маси, яку астронавти відчувають під час тривалих місій на Міжнародну космічну станцію, і яка стане ще більшою проблемою, коли екіпажі вирушать далі, до Місяця і, зрештою, до Марса.

"Ми намагаємося зрозуміти, як космічні польоти викликають цю атрофію м'язів на молекулярному та клітинному рівнях, вигода є практичною так само, як і науковою, зрозуміти механізм, і контрзаходи стають можливими", - доктор Халед Камал з Університету штату Айова.

Відтворити стан невагомості на Землі, природно, досить складно, тому лабораторія Камала створила щось досить розумне! Перша модель гризуна з розвантаженням задніх кінцівок в Університеті штату Айова, яка імітує деякі фізичні умови мікрогравітації, не залишаючи землю. Підвішування тварини так, щоб його задні кінцівки не несли навантаження, ефективно припиняє цю ж розмову між м'язами та гравітацією, дозволяючи дослідникам спостерігати в реальному часі, як м'язова тканина відчуває зміни та починає реагувати, і надаючи їм тестову платформу для терапій, розроблених для збереження здоров'я м'язів, коли цей гравітаційний сигнал зникає.

Що робить це дослідження цінним далеко за межами космічної програми, так це те, що тіло не особливо турбує, чому сигнал гравітації став тихим. Молекулярні шляхи, порушені в мікрогравітації, значно перекриваються з тими, що беруть участь у старінні, пов'язаному з саркопенією, та м'язовою дистрофією Дюшена, генетичним захворюванням, яке руйнує м'язи з дитинства. Камал зараз шукає нові біомаркери, включаючи сигнатури екстраклітинних везикул і механосенсорні сигнальні системи, які можуть одного дня стати основою для моніторингових інструментів і лікувань для астронавтів під час тривалих місій до Місяця та Марса, а також для пацієнтів на Землі.

Мікроскопічний вигляд поперечно-смугастої м'язової волокна, що показує смуговий малюнок, порушений під час втрати м'язової маси (Кредит: Nephron)

Сама лабораторія стала чимось на зразок місця зустрічі, залучаючи співробітників з науки про тварин, машинного навчання, інженерії та клітинної біології, а також аспірантів та студентів. Серед них є аспірант Хасан, який приєднався навесні 2025 року після того, як його зацікавила ідея відтворення того, що астронавти відчувають під мікрогравітацією тут на Землі. Камал сподівається, що лабораторія продовжить розширювати цей потік. Як він каже, NASA потребує біологів та фізіологів так само, як і інженерів, і зростаюча потужність науки про життя в космосі в Айові починає виробляти те й інше.