Des chercheurs de l'Université de Californie San Diego Sanford STEM Cell Institute ont découvert que les vols spatiaux accélèrent le vieillissement des cellules hématopoïétiques humaines et des cellules progénitrices (HSPC), qui sont vitales pour la santé du sang et du système immunitaire. Dans une étude publiée dans Cellule soucheL'équipe a utilisé des systèmes de nanobioréacteurs de nanobioréacteurs de transfert de cellules souches (AI) automatisés (AI) dans quatre missions de services de réapprovisionnement commerciaux spatiaux à la Station spatiale internationale (ISS) pour suivre les changements de cellules souches en temps réel. Les résultats montrent que les cellules ont perdu une partie de leur capacité à fabriquer de nouvelles cellules saines, sont devenues plus sujettes aux dommages à l'ADN et ont montré des signes de vieillissement plus rapide aux extrémités de leurs chromosomes après un vol spatial – tous les signes de vieillissement accéléré.
L'espace est le test de stress ultime pour le corps humain. Ces résultats sont d'une importance cruciale car ils montrent que les facteurs de stress de l'espace – comme la microgravité et le rayonnement galactique cosmique – peuvent accélérer le vieillissement moléculaire des cellules souches sanguines. Comprendre ces changements informe non seulement la façon dont nous protégeons les astronautes pendant les missions de longue durée, mais nous aide également à modéliser le vieillissement humain et les maladies comme le cancer ici sur Terre. C'est une connaissance essentielle alors que nous entrons dans une nouvelle ère de voyages et de recherches sur l'espace commercial en orbite terrestre basse. «
Catriona Jamieson, MD, Ph.D., directrice du Sanford Stem Cell Institute et professeur de médecine à l'UC San Diego School of Medicine
Des études précédentes de la NASA ont montré que les vols spatiaux peuvent affecter la fonction immunitaire et la longueur des télomères. Une telle étude – l'étude des jumeaux de la NASA – a été une expérience historique d'un an (2015-2016) où l'astronaute Scott Kelly a passé 340 jours à bord de l'ISS tandis que son jumeau identique, Mark Kelly, est resté sur Terre. L'étude a suivi les changements à travers la génétique, la physiologie, la cognition et le microbiome et a trouvé une altération de l'expression des gènes, des déplacements dans la longueur des télomères et des changements dans le microbiome intestinal. Cependant, bon nombre de ces changements se sont renversés ou sont revenus à la normale après que l'astronaute Kelly soit retourné sur Terre. L'étude a identifié certains changements persistants, tels que l'augmentation du nombre de télomères courts et des perturbations de l'expression des gènes, ce qui pourrait être pertinent pour les missions spatiales plus longues.
Cette étude dirigée par l'UC de San Diego s'appuie sur les résultats de l'étude Twins et le travail fondateur du Space Omics and Medical Atlas Group qui a publié 44 articles scientifiques sur la médecine aérospatiale et la biologie spatiale dans la nature. En se concentrant spécifiquement sur les HSPC, l'étude a fourni un aperçu mécaniste détaillé de la façon dont l'espace déclenche le vieillissement moléculaire, ce que l'étude des jumeaux a fait allusion mais n'a pas pu explorer complètement au niveau cellulaire.
Pour mener l'étude, les chercheurs – y compris le tango spatial – ont développé une nouvelle plate-forme « nanobioriacteur » – des systèmes de biodétection 3D miniaturisés qui ont permis de cultiver des cellules souches humaines dans l'espace et surveillés avec des outils d'imagerie alimentés par l'IA.
Les résultats de l'étude:
- Les HSPC humains exposés à 32 à 45 jours de vol spatial ont montré des caractéristiques caractéristiques du vieillissement. Les chercheurs ont observé que les vols spatiaux déclenchent une gamme de changements dans les cellules souches de formation de sang qui ressemblent étroitement à ce qui arrive à ces cellules à mesure que nous vieillissons. Les cellules sont devenues plus actives que la normale, brûlant leurs réserves et perdant la capacité de se reposer et de récupérer – un trait clé qui permet aux cellules souches de se régénérer au fil du temps.
- Leur capacité à faire de nouvelles cellules saines a diminué, tandis que les signes d'usure moléculaire, comme les dommages à l'ADN et les extrémités chromosomiques plus courtes (télomères), sont devenues plus prononcées.
- Les cellules ont également montré des signes d'inflammation et de stress à l'intérieur de leurs mitochondries – les producteurs d'énergie de la cellule – et ont commencé à activer des sections cachées du génome qui sont normalement restées silencieuses pour maintenir la stabilité. Ces réponses au stress peuvent altérer la fonction immunitaire et augmenter le risque de maladies.
Notamment, lorsque ces cellules exposées à l'espace ont ensuite été placées dans un environnement jeune et sain, certains des dommages ont commencé à inverser, ce qui suggère qu'il peut être possible de rajeunir les cellules vieillissantes avec les bonnes interventions.
Ces résultats ont des implications non seulement pour la santé des astronautes, mais aussi pour comprendre les mécanismes du vieillissement et des maladies liées à l'âge comme le cancer sur Terre. Ils soulignent la nécessité de nouveaux contre-mesures pour protéger la fonction des cellules souches pendant les missions spatiales étendues et soutiennent le développement de marqueurs biologiques pour détecter tôt le vieillissement induit par le stress.
« Nous sommes ravis que ce travail révolutionnaire soit publié dans les communautés scientifiques et spatiales plus larges », a déclaré Twyman Clements, président et co-fondateur de Space Tango. « Comme de nombreuses réalisations, celle-ci était un effort d'équipe réunissant le centre de recherche intégré des cellules souches Space au sein de SSCI, du tango spatial et d'autres. Les capacités de CubeLab de l'espace de Tango à l'espace, en particulier la microscopie persistante, ont permis ce travail et continueront de le faire à l'avenir. »
L'équipe de recherche prévoit d'étendre ce travail avec des missions d'ISS supplémentaires et des études basées sur les astronautes, en se concentrant sur la surveillance en temps réel des changements moléculaires et des contre-mesures pharmaceutiques ou génétiques potentielles pour protéger la santé humaine dans l'espace et au-delà. À ce jour, le SSCI a effectué 17 missions à l'ISS.
« Les expériences spatiales sont si complexes qu'elles vous obligent à faire une meilleure science sur le terrain », a poursuivi Jamieson. « La recherche spatiale a accéléré les progrès technologiques sur Terre, ce qui rend la recherche au sol plus facile et plus pertinente pour la santé humaine. Ce que nous avons appris sur le cancer de nos études dans l'espace est absolument remarquable. »
