约翰霍普金斯医学的研究人员报告了一个实验的发现，该实验涉及48个生物工程的人类心脏组织样本，这些样本被送往国际空间站（ISS）30天。结果表明，与保存在地球上的类似样本相比，低重力环境削弱了心脏组织，并干扰了其典型的节律性收缩。
研究人员指出，心脏组织“在太空中确实表现不佳”，揭示随着时间的推移，在国际空间站上这些组织的收缩力量大约只有地球样本的一半。
这些发现扩展了对低重力可能对宇航员在长期太空任务中的生存和福祉影响的理解，并可能为研究心肌老化和在地球上潜在的治疗提供重要模型。
关于组织分析的详细报告将在9月23日那一周在《美国国家科学院院刊》上公开发布。
早期研究发现，一些宇航员在返回地球后经历与年龄相关的问题，如心脏肌肉功能下降和心律失常（不规则心跳），其中一些影响在他们的返回后逐渐缓解。
研究人员一直在从细胞和分子水平研究这些影响，以发现确保宇航员在长期太空飞行中健康的方法，正如约翰霍普金斯大学医学院生物医学工程与医学教授金德浩博士所解释的那样。金博士是将心脏组织送往太空站项目的负责人。
为了准备心脏样本，科学家乔纳森·崔博士指导人类诱导性多能干细胞（iPSCs）转变为被称为心肌细胞的心脏肌肉细胞。崔博士曾是金博士在华盛顿大学实验室的博士生，2019年金博士转至约翰霍普金斯大学时，崔博士作为博士后研究员加入，继续进行太空生物学研究。
崔博士将这些组织封装在一个微型生物工程组织芯片中，该芯片将组织拉伸在两个支柱之间，允许他们收集有关收缩行为的数据。这个三维外壳旨在模仿人类心脏的条件，适合放入一个大约与手机大小相当的腔室中。
为了将组织样本运输到2020年3月发射的SpaceX CRS-20任务（前往国际空间站），崔博士不得不亲自携带这些组织腔体飞往佛罗里达，并在他们在肯尼迪航天中心的一个月逗留期间进行照顾。崔博士现在是一家专注于心脏病预防和治疗的公司Tenaya Therapeutics的科学家。
一旦组织到达空间站，科学家每30分钟收集10秒的数据，测量组织收缩的强度，称为抽动力量，以及它们心跳模式的任何不规则性。宇航员杰西卡·梅尔博士每周更换一次围绕组织的营养液，并在设定的时段保存样本，以进行后续的基因表达和影像评估。
研究团队还保持了一组在地球上以相同方式开发的心脏组织，以与太空中的那些进行比较。
在组织腔体返回地球后，崔博士继续照顾和分析这些组织。
“确保这些组织在太空中生存需要极其先进的干细胞和组织工程、生物传感器和微加工技术，”金博士表示，他的团队为这一项目及未来项目开发了组织芯片。
德文·梅尔博士是金博士实验室的以前的博士生，现在是约翰霍普金斯大学的博士后研究员，后来检查了组织的收缩能力。
随着力量的下降，太空中的心肌组织还表现出了不规则的跳动（心律失常）——这些中断可能导致心力衰竭。通常，心脏组织的跳动间隔大约为一秒钟。对于国际空间站的组织，这个间隔延长到几乎是它们在地球上的同类的五倍，尽管在组织返回地球后几乎恢复到正常水平。
此外，研究人员观察到去太空的组织中的肌节——在肌肉细胞中负责收缩的蛋白质结构——缩短并变得无序，这是人类心脏病的一个标志。
此外，产生能量的细胞中的线粒体也扩大、变得更圆，并失去了有助于能量利用和产生的重要褶皱。
最后，梅尔与生物医学工程助理研究教授安恩·亨和约翰霍普金斯的博士生东致鹏一起检查了组织在太空和地球上的基因活动。来自国际空间站的样本显示出与炎症和氧化损伤相关的基因表达增加，这两者都是心脏病的指标。
梅尔解释道：“许多这些氧化损伤和炎症的迹象在宇航员的飞行后评估中被持续观察到。”
金博士的实验室在2023年向国际空间站发送了第二批3D工程心脏组织，以探索可能保护这些细胞免受低重力影响的药物。这项研究仍在进行中，科学家们表示，相同的药物可能帮助人们在衰老时维持心脏功能。
研究人员继续增强他们的“芯片上的组织”系统，并检查辐射对心脏组织的影响，在美国国家航空航天局（NASA）的太空辐射实验室进行。值得注意的是，国际空间站位于低地球轨道，地球的磁场为大多数形式的太空辐射提供保护。
金博士是Curi Bio公司的联合创始人、科学顾问委员会成员和股东，该公司专注于开发生物工程组织平台以用于药物开发。安博士是金博士的配偶，作为多个NIH补助金的共同研究者或主要研究者：UG3EB028094、UH3TR003519和R21CA220111。
这项研究的资金来自美国国立卫生研究院（UG3EB028094、UH3TR003519、UH3TR003271、R01HL164936、R01HL156947、R21CA220111）。
