Саркопения — прогрессирующее и значительное снижение мышечной массы и силы — часто встречается у пожилых людей и, по некоторым оценкам, затрагивает до 50% людей в возрасте 80 лет и старше. Она может привести к инвалидности и травмам от падений, а также связана с ухудшением качества жизни и повышенной смертностью. Лечения этого недуга на сегодняшний день нет.
Космические полеты, связанные с отсутствием гравитации и ограниченной нагрузкой на мышцы, вызывают мышечную слабость — основной симптом саркопении — в течение короткого периода времени, что позволяет наблюдать возрастные атрофические изменения в мышцах, которые на Земле развиваются десятилетиями, в сжатые сроки. Это удобно для изучения старения мышц и открывает возможности поиска эффективной терапии.
Исследователи из Флоридского университета взяли микроткани скелетных мышц из биопсий доноров и отправили их на Международную космическую станцию на борту SpaceX CRS-25 в формате «органы на чипе». Результаты эксперимента опубликованы в журнале Stem Cell Reports.
Микроткани были взяты как у молодых, активных доноров, так и у пожилых, малоподвижных людей, и культивировались в автоматизированной мини-лаборатории CubeLab, которая, помимо регулярного питания и мониторинга культур, также позволяла проводить электрическую стимуляцию для имитации физических упражнений.
На Земле сила сокращения микротканей молодых, активных людей была почти в два раза выше, чем у тканей пожилых, малоподвижных доноров.
Уже через две недели в космосе сила мышц молодых тканей начала снижаться и стала ближе к показателям старых тканей. Аналогичная тенденция наблюдалась в отношении содержания мышечного белка: у молодых микротканей на Земле оно было выше, чем у старых, но в условиях микрогравитации снизилось до уровня, характерного для старых тканей.
Кроме того, космический полет изменил экспрессию генов, особенно в молодых микротканях, и нарушил клеточные процессы, связанные с нормальной функцией мышц. Интересно, что электрическая стимуляция эти изменения частично смягчила.
«Используя электрические импульсы для стимуляции мышечных сокращений в реальном времени в космосе, мы можем имитировать физические упражнения и наблюдать, как это помогает защитить мышцы от быстрого ослабления в условиях микрогравитации», — сказала Шивон Малани из Фармацевтического колледжа Флоридского университета, основательница биотехнологического стартапа Micro-gRx.
Исследование не лишено ограничений — образцы взяты только у мужчин, а электростимуляция не может в полной мере заменить полноценную физическую нагрузку, но в любом случае его результаты будут полезны как в космосе, так и на Земле, заключила она.