Lot kosmiczny przyspiesza starzenie się ludzkich komórek macierzystych – odkrycia naukowców z UC San Diego

Naukowcy z Sanford Stem Cell Institute przy University of California San Diego odkryli, że loty kosmiczne przyspieszają proces starzenia ludzkich hematopoetycznych komórek macierzystych i progenitorowych (HSPCs), które odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia układu krwiotwórczego i odpornościowego.

W badaniu opublikowanym w Cell Stem Cell zespół wykorzystał zautomatyzowane, oparte na sztucznej inteligencji systemy nanobioreaktorów do śledzenia komórek macierzystych podczas czterech misji SpaceX Commercial Resupply Services na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS). Analiza w czasie rzeczywistym wykazała, że komórki po ekspozycji na warunki kosmiczne:

• utraciły część zdolności do wytwarzania zdrowych nowych komórek,
• były bardziej podatne na uszkodzenia DNA,
• wykazywały cechy przyspieszonego starzenia, m.in. skracanie telomerów.

Stresory przestrzeni kosmicznej jako katalizator starzenia

„Kosmos to ostateczny test stresowy dla ludzkiego organizmu” – podkreśla prof. Catriona Jamieson, dyrektor Sanford Stem Cell Institute. Wyniki badań wskazują, że czynniki takie jak mikrograwitacja i promieniowanie kosmiczne mogą nasilać molekularne procesy starzenia komórek macierzystych. Wiedza ta jest istotna nie tylko dla ochrony zdrowia astronautów podczas długotrwałych misji, lecz także dla lepszego modelowania starzenia i chorób, w tym nowotworów, na Ziemi.

Kontekst wcześniejszych badań NASA

Badania NASA – w tym słynne Twins Study, prowadzone w latach 2015–2016 z udziałem astronautów Scotta i Marka Kelly – wykazały, że długotrwały pobyt w kosmosie wpływa na ekspresję genów, długość telomerów oraz mikrobiom jelitowy. Część zmian była odwracalna po powrocie na Ziemię, jednak inne – np. wzrost liczby krótkich telomerów – utrzymywały się. Najnowsze badania UC San Diego pogłębiają te obserwacje, koncentrując się na mechanizmach molekularnego starzenia HSPCs.

Nanobioreaktor i nowe możliwości badań

Do realizacji projektu opracowano innowacyjną platformę „nanobioreaktora” – miniaturowego systemu 3D do hodowli i monitorowania ludzkich komórek macierzystych w przestrzeni kosmicznej przy użyciu narzędzi obrazowania wspieranych przez sztuczną inteligencję.

Najważniejsze wyniki

• HSPCs po 32–45 dniach w kosmosie wykazywały typowe oznaki starzenia. Komórki stawały się nadmiernie aktywne, zużywały rezerwy energetyczne i traciły zdolność regeneracji.
• Spadała ich zdolność do tworzenia zdrowych komórek, a jednocześnie pojawiały się oznaki uszkodzeń molekularnych: mutacje DNA, skracanie telomerów.
• Odnotowano stan zapalny oraz stres mitochondrialny, a także aktywację tzw. cichych fragmentów genomu, co może osłabiać odporność i zwiększać ryzyko chorób.
• Co istotne, umieszczenie komórek narażonych na kosmos w młodym, zdrowym środowisku pozwalało częściowo odwrócić uszkodzenia, co sugeruje potencjalne możliwości ich „odmładzania”.

Znaczenie dla medycyny kosmicznej i ziemskiej

Odkrycia te mają konsekwencje nie tylko dla zdrowia astronautów, lecz także dla badań nad procesami starzenia i chorobami związanymi z wiekiem na Ziemi. Mogą stanowić podstawę dla opracowania biomarkerów wczesnego wykrywania stresu komórkowego oraz strategii farmakologicznych i genetycznych chroniących zdrowie podczas długich misji kosmicznych.

Kierunki dalszych badań

Zespół badawczy planuje kolejne misje ISS z rozszerzonym monitoringiem zmian molekularnych w czasie rzeczywistym oraz testowaniem interwencji przeciwdziałających starzeniu. Do tej pory SSCI przeprowadziło już 17 misji na ISS.

„Badania kosmiczne są tak złożone, że wymuszają prowadzenie lepszej nauki także na Ziemi. To, czego dowiadujemy się o nowotworach dzięki eksperymentom w kosmosie, jest absolutnie niezwykłe” – podsumowuje prof. Jamieson.

Źródło: Cell Stem Cell, Nanobioreactor detection of space-associated hematopoietic stem and progenitor cell aging
DOI: 10.1016/j.stem.2025.07.013