|
Космическая радиация и развитие рака
|
|
|
|
Полеты в дальний космос сопряжены с огромным потенциальным риском — радиационным облучением, которое может привести к быстрой или медленной смерти астронавта, если не принять меры. Но что именно это означает и можно ли как-то с этим справиться, не создавая все больше и больше защитных слоев между хрупкими биологическими системами внутри космического корабля и радиационной пустотой дальнего космоса?
|
|
|
|
Новая статья, написанная исследователями из Университета штата Оклахома и Центра медицинских наук Техасского университета, призвана ответить на оба вопроса. Несмотря на то, что выявленные ими источники радиации сложны для изучения, они также предлагают несколько возможных решений.
|
|
|
|
Ученым давно известно, что одной из основных причин развития рака у астронавтов, летающих в дальний космос (и даже у пилотов гражданской авиации), являются галактические космические лучи (GCR). Это высокоэнергетические атомные ядра, лишенные электронов и разогнанные мощными ударными волнами от взрывов сверхновых. Но они, как правило, задерживаются защитным слоем земной атмосферы и не долетают до поверхности Земли.
|
|
|
|
Астронавтам в космосе повезло меньше: они подвергаются воздействию высоких доз GCR, в том числе самых опасных — высокоэнергетических ионов с высоким атомным номером, таких как ядра железа (Fe-56). Ионы железа гораздо более разрушительны, чем даже рентгеновские лучи. Они оставляют за собой плотный ионизационный след, который буквально разрывает нити ДНК и при достаточно длительном воздействии почти наверняка может привести к развитию рака.
|
|
|
|
|
|
|
Однако они встречаются относительно редко. Расчеты, основанные на данных о путешествии марсохода Curiosity, показывают, что при типичном трехлетнем полете на Марс и обратно только около 3% клеток организма астронавта подвергнутся прямому воздействию ионов железа. Звучит не так уж страшно, учитывая, что это означает, что 97% клеток человека не пострадают от прямого воздействия. Однако летные врачи обеспокоены так называемым эффектом свидетеля, возникающим под воздействием радиации.
|
|
|
|
Чтобы продемонстрировать эту опасность, исследователи взяли эндотелиальные клетки аорты человека — те, что выстилают стенки кровеносных сосудов, — и подвергли их воздействию пучков ионов Fe-56 в Лаборатории космической радиации НАСА при Брукхейвенской национальной лаборатории. В таких условиях становится очевидно, что клетки, подвергшиеся прямому воздействию ионов железа, не могут восстановиться или даже погибнуть. Вместо этого в них запускается воспалительный сигнальный каскад.
|
|
|
|
После того как в клетку попадает ион железа, активируется фактор транскрипции NF-kB, который играет ключевую роль в воспалении и клеточной защите. Он также запускает выработку другой важной молекулы-мессенджера воспаления, называемой фактором некроза опухоли-альфа (TNF-альфа).
|
|
|
|
Часть этой молекулы прикрепляется обратно к поверхности клетки, которая ее выделила, образуя так называемую аутокринную петлю. Это приводит к усилению активации NF-kB и усиливает сигнализацию о воспалительном дистрессе в течение более трех дней.
|
|
|
|
Но некоторые из этих молекул TNF-альфа также проникают в соседние клетки и вызывают там хаос. Чтобы продемонстрировать это, исследователи поместили несколько облученных эндотелиальных клеток в пористую сетку, расположенную непосредственно над группой нормальных эпителиальных клеток, которые выстилают легкие. Две линии клеток физически не соприкасались и были связаны только через жидкую среду, через которую могли проходить химические сигналы.
|
|
|
|
Несмотря на физическое отсутствие связи, соседние клетки подверглись сильному воздействию TNF-альфа, поступающего от их облученных соседей. Они пострадали от массивных всплесков свободных радикалов, что привело к заметному увеличению числа двухцепочечных разрывов ДНК.
|
|
|
|
Поступающий TNF-альфа также обходит обычный биологический "выключатель уничтожения", который предотвращает распространение вредных мутаций в клетке, включая несколько генов, защищающих от гибели, и активируя сигнал роста. Другими словами, TNF-альфа отключил те самые механизмы, которые обычно использует клетка, чтобы не дать ей стать раковой.
|
|
|
|
Чтобы еще раз доказать свою точку зрения, исследователи обратились к моделям на мышах. Они имплантировали мышам несколько незлокачественных эпителиальных клеток, которые просто находились в присутствии облученных эндотелиальных клеток, и наблюдали, как именно из этих клеток выросли значительные опухоли. Другими словами, клетки, которые никогда непосредственно не подвергались воздействию GCR, начали образовывать опухоли просто потому, что они находились рядом с другими клетками, которые подвергались воздействию.
|
|
|
|
В качестве еще одного шага в цепочке биологических испытаний исследователи также изучили данные эксперимента Space Omics и Medical Atlas, в ходе которого была взята серия образцов крови и биопсии тканей у астронавтов, участвовавших в миссии SpaceX Inspiration4 в 2021 году. Они обнаружили системные всплески уровня TNF-альфа, а также повышенную активность генов, защищающих от смерти, которые были вызваны радиационным каскадом. Другими словами, эти эффекты были не просто лабораторной причудой — они, похоже, наблюдаются и у настоящих астронавтов.
|
|
|
|
Итак, все это звучит как плохая новость. Но нет худа без добра — если мы узнаем химический сигнальный путь, вызывающий это нарушение функции клеток, мы сможем принять контрмеры. Исследователям действительно удалось разорвать этот каскад, ингибировав рецептор TNF-альфа и остановив активацию NF-kB, что позволило клеткам избежать раковых преобразований в конце пути передачи химических сигналов.
|
|
|
|
Сочетание этих химических методов с передовыми технологиями защиты, такими как водяные стены и полимеры с высоким содержанием водорода, например полистирол, может значительно снизить риск развития рака у будущих астронавтов, отправляющихся в дальний космос. Но потребуется гораздо больше исследований, чтобы доказать, что наши методы защиты справятся с этой задачей. Прежде чем мы начнем отправлять людей в космос, пронизанный галактическими космическими лучами, стоит подробнее изучить, как защитить их от этих особенно опасных частиц.
|
|
|
|
Источник
|
