|
Чипы имитируют воздействие космической радиации на здоровье
|
|
|
|
По мере того, как астронавты выходят в открытый космос, их подверженность вредному излучению возрастает. Исследователи из Колумбийского университета моделируют воздействие космической радиации здесь, на Земле, чтобы определить ее влияние на физиологию человека с помощью мультиорганных тканевых чипов. Их работа документирует различные эффекты, наблюдаемые в тканях после острого и длительного облучения, и выявляет множество представляющих интерес генов, которые могли бы помочь в разработке будущих радиозащитных средств. Их исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
|
|
|
|
"Поскольку освоение дальнего космоса продолжается, жизненно важно понимать физиологический ущерб, наносимый космической радиацией, чтобы лучше смягчать ее последствия. Подвергая модели многих органов воздействию имитируемого космического излучения, это исследование заложило основу для дальнейших усилий", - прокомментировал Джермонт Чен, доктор философии, программный директор отдела научных открытий и технологий NIBIB.
|
|
|
|
Во время космических путешествий астронавты постоянно подвергаются бомбардировке галактическими космическими лучами (GCR), которые состоят из быстро движущихся атомов, движущихся почти со скоростью света. Из-за их высокой скорости электроны из этих атомов отрываются, оставляя после себя ионизированные ядра, которые отбрасывают электроны в окружающий материал, через который они проходят, как мячик-мишень. На Земле мы защищены от источников излучения, таких как GCR, атмосферой планеты и магнитным полем, которые действуют как щит от радиации.
|
|
|
|
|
|
|
"GCR гораздо более разрушительны, чем гамма-лучи или рентгеновские лучи, из-за тяжелых ионов, которые могут взаимодействовать с космическими аппаратами и выделять высокоэнергетические вторичные частицы, которые могут повредить ДНК астронавтов в тканях по всему телу. По прогнозам, воздействие GCR увеличивает риск развития острого лучевого синдрома и может иметь другие последствия для здоровья, включая рак и болезни сердца", - пояснил ведущий автор исследования Навид Тавакол, доктор философии, научный сотрудник факультета биомедицинской инженерии Колумбийского университета.
|
|
|
|
Современные модели для изучения повреждения GCR содержат существенные оговорки. Доклинические модели на животных не полностью имитируют биологическую природу человека и не могут точно отражать факторы, характерные для каждого пациента, такие как этническая принадлежность и возраст. Кроме того, изолированным моделям клеток человека не хватает архитектурной и функциональной зрелости тканей человека при изучении вне организма, пояснил Тавакол.
|
|
|
|
Используйте мультиорган на чипе (multi-OOC) - более точное представление индивидуальной физиологии человека. Уже разработанная в Колумбийском университете, эта система "подключи и работай" позволяет создавать модели тканей различных органов для конкретного пациента, которые могут быть соединены сосудистым потоком, как это происходит в человеческом теле. Эта система позволяет выращивать каждый тип ткани в оптимальных для него условиях, а также поддерживает жизненно важную коммуникацию и миграцию иммунных клеток между органами.
|
|
|
|
Используя многокомпонентный OOC, состоящий из костного мозга, сердечной мышцы и ткани печени, эта команда биоинженеров стремилась понять влияние радиационного облучения на функцию органов и экспрессию генов. Астронавты подвергаются как острому облучению (кратковременному, но интенсивному, как во время выхода в открытый космос), так и длительному (как во время длительного пребывания на Международной космической станции). Исследователи использовали свою технологию для количественной оценки воздействия обоих типов облучения и сравнили их с контрольной моделью, которая не подвергалась воздействию радиации.
|
|
|
|
Работая совместно с Центром радиологических исследований Колумбийского университета и лабораторией Колумбийского университета за пределами кампуса в Невисе, Тавакол и его команда подвергли свои multi-OOC облучению с помощью нейтронного облучателя на основе ускорителя. Этот ускоритель генерирует нейтроны высокой энергии, ускоряя ионы водорода и дейтерия и бомбардируя ими твердый металл, известный как бериллий. Нейтроны, образующиеся в результате этих столкновений, очень похожи на ионизированные ядра, обнаруженные в GCR. Пациенты с несколькими OOC подвергались предписанной дозе облучения в 0,5 грея либо в острой форме (в течение 15-20 минут), либо в длительной форме (0,04 грея, 12 раз в день по три минуты в течение двух недель).
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что одна и та же суммарная доза облучения в течение двух недель, в отличие от однократной острой дозы, оказывала большее влияние на функции костного мозга и сердечной мышцы", - отметил Тавакол. Он объяснил, что длительное облучение, как было замечено, увеличивает дифференцировку стволовых клеток костного мозга в иммунные клетки и снижает их дифференцировку в клетки крови, что является потенциальным предвестником анемии и/или рака крови.
|
|
|
|
Кроме того, после длительного облучения были обнаружены изменения в способности сердечных клеток сокращаться, которые потенциально могут свидетельствовать о гипертрофической кардиомиопатии, при которой сердечная мышца становится слишком толстой и жесткой для эффективного перекачивания крови. Тавакол добавил, что генетическое секвенирование иммунных клеток, которые мигрировали в циркулирующий компартмент, выявило 58 генов, специфически затронутых длительным облучением, и выявило потенциальные радиозащитные мишени для изучения.
|
|
|
|
"Эти результаты выявляют набор биомаркеров, которые могут помочь в разработке будущих мер противодействия радиации и доказать осуществимость и потенциал расширения multi-OOC для изучения реакции организма на полеты в дальний космос", - сказала Гордана Вуньяк-Новакович, доктор философии, профессор университета и директор Центра тканевой инженерии. Ресурсный центр в Колумбийском университете.
|
|
|
|
- Кроме того, это исследование закладывает основу для создания индивидуальных платформ "астронавт на чипе", которые могут дать представление о специфических реакциях астронавтов на радиацию и мерах противодействия радиации".
|
|
|
|
Источник
|
