مقدمه: گامی نو در پزشکی قلب
پیشرفت‌های پزشکی تاکنون شگفت‌انگیز بوده است، اما بیماری‌های قلبی همچنان یکی از مهم‌ترین عوامل مرگ‌ومیر به شمار می‌روند. در ایالات متحده، این بیماری عامل یک‌پنجم از کل مرگ‌ومیرها است.
در حالی که داروها و جراحی‌ها می‌توانند علائم را کنترل کنند، اما آسیب‌های اصلی قلب را برطرف نمی‌کنند. این محدودیت، دانشمندان را به جستجوی راهکارهای جدید سوق داده است—از جمله تحقیقات در فضا.
چالش بازسازی قلب
قلب انسان توانایی بازسازی محدودی دارد. زمانی که بافت ماهیچه‌ای آن آسیب می‌بیند، امکان ترمیم طبیعی وجود ندارد. این امر روند بهبودی را برای بیماران در مراحل پیشرفته نارسایی قلبی دشوار می‌کند.
برای بسیاری از این بیماران، تنها امید یک پیوند قلب است. اما تعداد اهداکنندگان محدود است و لیست انتظار همچنان در حال افزایش است. این واقعیت باعث شده است که دانشمندان به دنبال درمان‌های جایگزین از جمله پزشکی بازساختی و به‌ویژه سلول‌درمانی قلبی باشند.
استفاده از فضا برای درمان قلب انسان
در دانشگاه اموری، پژوهشگری به نام چونهویی ژو (Chunhui Xu) به پرسشی متفاوت فکر کرد: آیا می‌توان از فضا برای ترمیم قلب انسان استفاده کرد؟
الهام‌بخش او یک سمینار علمی درباره تحقیقات فضایی بود. ژو دریافت که سلول‌های سرطانی در شرایط میکروگرانشی (بی‌وزنی) سریع‌تر رشد می‌کنند و عمر طولانی‌تری دارند. این یافته تنها جالب نبود، بلکه امکانی تحول‌آفرین را نیز مطرح کرد.
اگر سلول‌های قلبی نیز چنین واکنشی نشان دهند، می‌توان دو چالش اساسی در سلول‌درمانی قلبی را حل کرد:
- نرخ پایین تولید سلول‌ها
- میزان بقای ضعیف پس از پیوند به قلب آسیب‌دیده
ژو و تیمش این فرضیه را در آزمایشگاه بررسی کردند. پس از آزمایش‌های اولیه روی زمین با شبیه‌سازی شرایط میکروگرانشی، آن‌ها سلول‌های واقعی قلب را دو بار به مدار زمین فرستادند.
سلول‌های بنیادی ویژه، امید تازه‌ای ایجاد می‌کنند
پژوهشگران بر روی نوع خاصی از سلول‌ها تمرکز کردند:
کاردیومیوسیت‌های مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان القاشده انسانی (hiPSC-CMs).
این سلول‌ها قابلیت‌های منحصربه‌فردی دارند:
- می‌توان آن‌ها را در مقیاس وسیع تولید کرد.
- توانایی ترمیم عملکرد قلب را دارند.
- در آزمایش‌های حیوانی نشان داده‌اند که عملکرد قلب را بهبود می‌بخشند.
- حتی می‌توانند مانند یک ضربان‌ساز طبیعی قلب عمل کنند.
با این حال، یک چالش مهم وجود دارد: بیشتر این سلول‌ها هنگام ورود به بافت قلب آسیب‌دیده می‌میرند. شرایط دشوار مانند سطح پایین اکسیژن در قلب، زنده ماندن آن‌ها را سخت می‌کند. از آنجا که هر بیمار ممکن است به بیش از یک میلیارد سلول نیاز داشته باشد، نرخ پایین بقای سلول‌ها مانعی جدی محسوب می‌شود.
ژو بر این باور بود که فضا ممکن است کلید این مشکل باشد.
سفر به ایستگاه فضایی بین‌المللی
تیم تحقیقاتی ژو با آزمایشگاه ملی ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS National Laboratory) همکاری کرد و از طریق مأموریت اسپیس‌ایکس Crew-8، سلول‌های قلبی را به فضا فرستاد.
در این آزمایش، ساختارهای سه‌بعدی سلولی از سلول‌های بنیادی پرتوان القاشده (hiPSCs) در زمین منجمد شدند و سپس در شرایط بی‌وزنی ایستگاه فضایی بین‌المللی به مدت هشت روز رشد کردند.
نتایج شگفت‌آور:
- فضانوردان موفق شدند این سلول‌ها را زنده نگه دارند.
- سلول‌ها هنگام بازگشت به زمین، فعالیت ضربانی طبیعی و عملکرد کلسیمی سالمی داشتند.
- بررسی‌های مولکولی نشان داد که شرایط فضا، این سلول‌ها را در سطح ژنتیکی تغییر داده است.
چگونه فضا ژن‌های سلول‌های قلب را تغییر می‌دهد؟
پس از بازگشت به زمین، دانشمندان با استفاده از تصویربرداری سه‌بعدی زنده و تجزیه‌وتحلیل مولکولی تغییرات درون‌سلولی را بررسی کردند.
نتایج نشان داد که سفر فضایی باعث افزایش سطوح پروتئین‌ها و بیان ژن‌های کلیدی شده است:
- افزایش متابولیسم سلولی
- تقویت عملکرد میتوکندری (نیروگاه سلول‌ها)
- افزایش پروتئین‌های مرتبط با بقا و کاهش استرس سلولی
به‌ویژه، فعالیت ژنتیکی در مسیرهای مرتبط با رشد قلب، سلامت میتوکندری، و متابولیسم گلوتاتیون و گلیسرولیپید افزایش یافته بود.
این تغییرات به این معناست که سلول‌های پرورش‌یافته در فضا قوی‌تر، سازگارتر و آماده‌تر برای زنده ماندن در محیط سخت قلب آسیب‌دیده هستند.
چرا فضا همه‌چیز را تغییر می‌دهد؟
بی‌وزنی در ایستگاه فضایی بین‌المللی نحوه رفتار سلول‌ها را تغییر می‌دهد. مطالعات پیشین نشان داده‌اند که سلول‌های بنیادی در فضا سریع‌تر رشد می‌کنند، آسان‌تر تمایز می‌یابند و ویژگی‌های درمانی بهتری پیدا می‌کنند.
تحقیقات ژو این روند را تأیید کرده و یک گام به جلو برده است.
او می‌گوید:
«محیط فضا یک فرصت شگفت‌انگیز برای مطالعه سلول‌ها به شیوه‌ای کاملاً جدید فراهم می‌کند. پژوهش‌های ما در ایستگاه فضایی می‌تواند راهکاری نوین برای تولید سلول‌های قلبی با نرخ زنده‌مانی بالاتر ارائه دهد. این پیشرفت، مزایای عظیمی برای بیماران روی زمین خواهد داشت.»
آینده‌ای در دسترس
تأثیر این تحقیقات تنها به آزمایشگاه محدود نمی‌شود. اگر سلول‌های قلبی پرورش‌یافته در فضا بتوانند در شرایطی زنده بمانند که سلول‌های معمولی نمی‌توانند، ممکن است آغازگر یک انقلاب در پزشکی بازساختی باشند.
بیمارانی که تا پیش از این مجبور بودند برای همیشه دارو مصرف کنند یا در انتظار پیوند قلب بمانند، ممکن است روزی بافت‌های قلبی مهندسی‌شده را دریافت کنند—بافتی که در مدار زمین پرورش یافته و برای زندگی روی زمین آماده شده است.
تحقیقات ژو، در مرز میان امید و نوآوری قرار دارد. با هر آزمایش، او و تیمش ما را یک قدم به آینده‌ای نزدیک‌تر می‌کنند که در آن قلب‌های آسیب‌دیده نه با ماشین‌آلات یا اهداکنندگان، بلکه با سلول‌های خود بدن، بازسازی می‌شوند—سلول‌هایی که در بی‌وزنی فضا پرورش یافته‌اند.
این مطالعه در ژورنال Biomaterials منتشر شده است.
