Поскольку космические путешествия набирают обороты и астронавты проводят в космосе все больше времени, изучение их воздействия на здоровье становится все более актуальным. Действительно ли космические путешествия безопасны? Это далеко не так — исследования показали, что воздействие космической радиации и микрогравитации на организм человека является как пагубным, так и долговременным. Однако создание космических условий на Земле потенциально может помочь исследователям в лечении рака.
Мы - биомедицинские инженеры, изучающие, как изменяются клетки организма в условиях микрогравитации. Имитация условий микрогравитации на Земле позволяет исследователям изучать ее воздействие без необходимости космических полетов.
Лабораторные исследования в космосе
Микрогравитация - это состояние, при котором гравитация чрезвычайно слаба, а предметы почти невесомы. Это происходит в космосе, где земное притяжение практически не влияет на астронавтов.
Длительное пребывание в условиях микрогравитации может привести к ряду проблем со здоровьем, включая потерю костной массы, мышечную слабость, отечность лица и изменения в работе сердца. Даже после возвращения астронавтов на Землю их организм не приходит в норму полностью.
Изучение того, как клетки, органы и ткани реагируют на микрогравитацию, может помочь ученым лучше понять, как бороться с любыми связанными с этим вредными изменениями в организме. Однако проведение исследований лабораторных образцов в космосе сталкивается со значительными трудностями.
Запуск оборудования и образцов требует больших затрат, а эксперименты необходимо планировать с учетом условий невесомости и силы запуска. Жесткие сроки, ограниченный доступ к космическим полетам и зависимость от астронавтов в проведении экспериментов усложняют эти исследования, делая точность и сотрудничество решающими факторами успеха.
Доступ к образцам после их отправки в космос также может быть затруднен. Существует риск их повреждения в суровых условиях космоса и при транспортировке обратно на Землю.
Процесс планирования и проведения лабораторных исследований в космосе может занимать много времени, что ограничивает практичность частых экспериментов.
Изучение условий микрогравитации на Земле
Для решения этих проблем ученые разработали оборудование, способное имитировать условия микрогравитации на Земле.
Одним из таких устройств является клиностат, машина, которая непрерывно вращает образцы, имитируя действие низкой силы тяжести. Благодаря постоянному вращению, она равномерно распределяет действие силы тяжести, так что образец становится "невесомым" или близким к нему. Чтобы имитировать эффект микрогравитации, клиностат должен вращаться с нужной скоростью — достаточно быстро, чтобы образец не реагировал на гравитацию, но не настолько быстро, чтобы он ощущал другие сильные воздействия.
Другой метод, называемый диэлектрофорезом, заключается в том, что частицы, такие как клетки, помещаются в неоднородное электрическое поле. В отличие от однородного электрического поля, сила и направление которого везде одинаковы, неоднородное электрическое поле изменяется по силе или направлению в разных точках. Это неравномерное поле заставляет клетки двигаться, основываясь на различиях в их электрических свойствах по сравнению с окружающей их жидкостью, что позволяет исследователям разделять и изучать их. Хотя этот метод широко используется на Земле, изучение его применения в условиях микрогравитации может позволить исследователям более точно манипулировать частицами и проводить исследования, которые невозможны в условиях земного притяжения.
Такие инструменты, как клиностаты и диэлектрофорез, обеспечивают более простой, дешевый и быстрый способ изучения воздействия микрогравитации на клетки по сравнению с космическими полетами. Они экономичны и портативны, требуют меньшего количества дорогостоящего оборудования и меньшего объема образцов для быстрого получения надежных данных.
Микрогравитация и рак
Хотя микрогравитация может вызывать рак, она также потенциально может помочь исследователям лучше понять рак и лечить его.
Рак является одним из наиболее сложных заболеваний, поскольку он быстро развивается и часто становится устойчивым к имеющимся методам лечения. Наблюдая за раковыми клетками в условиях микрогравитации, исследователи могут изучить, как они растут, делятся и реагируют на лекарства в различных условиях. Проще говоря, мы выводим раковые клетки из зоны комфорта, чтобы увидеть, как они реагируют на неизвестную среду.
Например, исследователи заметили, что раковые клетки улучшают выживаемость в условиях микрогравитации. Они также наблюдали изменения в их электрических свойствах. Другие исследования показали, что микрогравитация может изменять функцию иммунных клеток и то, как клетки взаимодействуют друг с другом.
Наша команда и другие специалисты предполагают, что раковые клетки могут более эффективно реагировать на определенные лекарства при воздействии невесомости. Мы изучаем, можем ли мы использовать микрогравитацию для манипулирования раковыми клетками, чтобы они вели себя менее агрессивно и становились более уязвимыми для лечения.
Это исследование все еще находится в зачаточном состоянии. Но в случае успеха полученные результаты могут помочь исследователям разработать новые методы лечения, которые будут более эффективными здесь, на Земле.
