Bestežinsko stanje i matične ćelije

Bestežinsko stanje u letelicama na orbiti oko Zemlje, znano i kao mikrogravitacija, utiče na ljudsko telo mnogo ozbiljnije nego što se to obično misli. Ma koliko zabavno izgledalo lebdeti u unutrašnjosti svemirskog broda, mnogo je truda uloženo u to da se u takvim uslovima očuva zdravlje astronauta.

Prva značajna promena koju astronauti osete prilikom prividnog oslobađanja Zemljinog gravitacionog polja odnosi se na poremećen osećaj za ravnotežu, usled izostanka gravitacije koja reguliše stanje i položaj tečnosti u unutrašnjem uhu, koja pritiskom na čulne ćelije u normalnim uslovima šalje mozgu signale za osećaje smerova gore i dole. Ovo izaziva povraćanje i manjak apetita, ali samo telo, pogotovo uz pomoć određenih lekova, prevazilazi ovaj problem nakon nekoliko dana. Drugi slični problemi odnose se na slivanje krvi ka glavi, te uticaj na bubrege i nivo tečnosti u telu. Sporiji procesi koji se odvijaju negativno po telo astronauta su smanjivanje mišićne mase i slabljenje mišića, usled izostanka potrebe za pružanjem potpore telu, kao i trošenje kostiju iz istih razloga. Naime, u kostima našeg tela se neprestano proizvode i troše mineralne naslage, dok se u uslovima mikrogravitacije smanjuje proizvodnja ovih minerala i kosti gube na svojoj masi. Ukoliko se ovaj proces ne bi kontrolisao, jasno je da bi astronauti trpeli bolne posledice. Tokom svojih misija na orbiti oko Zemlje astronauti se podvrgavaju svakodnevnim fizičkim vežbama, određenim preparatima i tretmanima koji regulišu rad krvotoka, odnosno održavaju skelet i muskulaturu. Jasno je da ovi mnogobrojni uticaji mikrogravitacije moraju biti detaljnije ispitani pre nego što se krene u planiranje dugotrajnijih boravaka čoveka u svemiru, na poželjnim misijama kao što su povratak čoveka na Mesec i putovanje do Marsa.

Mikrogravitacija se može simulirati i na Zemlji. Osećaj bestežinskog stanja stiče se pri slobodnom padu. Kako se slobodan pad obično završava udarom o Zemljinu površinu, to obično nije najbolja ideja za izvođenje bilo kakvih eksperimenata. Za treninge svojih astronauta NASA najčešće koristi specijalne avione koji se penju i poniru sa visina, davajući periodično po pola minuta bestežinskog osećaja. Jedan drugi metod pokazao se kao izuzetno uspešan u eksperimentima u kojima je trebalo razvijati žive ćelije u (simulirano) bestežinskim uslovima. Pre svega, samo razvijanje tkiva u laboratorijskim uslovima nailazilo je na veliku prepreku u pogledu toga što se razvijalo samo na samom dvodimenzionalnom dnu posude. Rezultati dobijeni u takvim eksperimentima nisu se dobro poklapali sa razvojem tkiva unutar živih bića, koji se odvija u tri dimenzije. U okviru astrobioloških istraživanja pri NASA-i konstruisan je rotirajući bioreaktor koji je omogućio posmatranje razvoja tkiva u simulirano bestežinskim uslovima. Cilindrična posuda u potpunosti napunjena tečnošću rotira oko svoje horizontalne ose čineći da ćelije sve vreme padaju kroz tečnost tako da nikada ne padnu na dno. Ovime je uveliko rešen problem ispitivanja trodimenzionalnog razvoja tkiva, ali su i otvorena vrata proučavanju razvoja tkiva u simuliranim uslovima mikrogravitacije.

Kada pričamo o tkivima i ćelijama, sve ćelije u telu nekog organizma vode poreklo od embrionalnih matičnih ćelija. Na samom početku razvoja jednog bića, tokom jednog kratkog perioda, od oplođene jajne ćelije nastaje određen broj ovih ćelija. Tokom kasnijeg razvoja sve ćelije (osim neurona) u ljudskom organizmu poseduju sposobnost da se umnožavaju (što omogućava uopšte rast) i regenerišu. Međutim, sve ove ćelije mogu ćelijskom deobom napraviti samo sebi identične ćelije (iz ćelija kože ne može nastati kost). Prvenstvena specifičnost embrionalnih matičnih ćelija je u tome da se one deobom mogu razviti u još matičnih ćelija, ali se mogu i specijalizovati za određene funkcije i to i čine u toku razvoja embriona, nakon čega embrionalne matične ćelije nestaju iz organizma. Ovakav nastanak specijalizovanih telesnih ćelija naziva se diferencijacija. U klinikama za veštačku oplodnju vantelesno se dobijaju embrioni, koji se, kada postanu stariji od tri dana, uz pristanak donora, koriste za naučna istraživanja. Danas, u laboratorijskim uslovima ovako dobijene embrionalne matične ćelije mogu se umnožavati bez da diferenciraju u određena tkiva i po godinu dana. Rekli smo da u nekom trenutku embrionalnog razvoja embrionalne matične ćelije nestaju. U telu se, međutim, u nekim tkivima (koštana srž, mišići, mozak…) zadržava određen broj takozvanih odraslih matičnih ćelija. One se od embrionalnih razlikuju po tome što je spektar specijalizovanih ćelija u koje se mogu diferencirati znatno uži, (za sada) teško i kratko opstaju u laboratorijskim uslovima i načini dolaska do njih su i dalje izuzetno komplikovani. Značaj istraživanja matičnih ćelija počinje od toga da pre svega otkrivamo kako se od jedne jedine ćelije razvija odrasla jedinka, pri čemu možemo otkriti uzrok nekim mutacijama i defektima, a u praktičnom pogledu se ogleda u tome da bi se matične ćelije mogle koristiti za kloniranje tkiva i organa, te sprečavanje i lečenje raznih čestih i teških bolesti.

Jedno novo istraživanje pokazuje da se upravo ljudske matične ćelije ponašaju na značajno drugačiji način stavljene u uslove mikrogravitacije. Tim iz Australijskog centra za astrobiologiju koristio je spomenuti NASA-in rotirajući bioreaktor da simulira mikrogravitaciju za skup ljudskih embrionalnih matičnih ćelija. Ovi naučnici veruju da su prvi koji su otkrili negativni uticaj mikrogravitacije direktno na ljudske matične ćelije. Uočeno je čak 64 procenta proteina u ćelijama odgojenim u bioreaktoru koji se normalno ne nalaze u ljudskim embrionalnim matičnim ćelijama. Ćelije iz bioreaktora posedovale su nekoliko proteina koji utiču upravo na poremećaj u kostima i na regulaciju kalcijuma.

NASA-ini stručnjaci procenjuju da se gustina minerala u kostima astronauta u svemiru smanjuje za 1% na mesec dana. Uzevši u obzir da bi šatlu sa ljudskom posadom bilo potrebno nešto više od šest meseci samo da stigne do Marsa, očigledno je da problemi koji nas sprečavaju u daljem osvajanju svemirskog komšiluka nisu samo tehničke i ekonomske, već i biološke prirode. Iako NASA nije direktno učestvovala u proučavanju ljudskih embrionalnih matičnih ćelija, učestvovala je u slanju matičnih ćelija drugih organizama (npr. mišjih) na Međunarodnu svemirsku stanicu, kako bi se posmatrao njihov razvoj u istinskim uslovima mikrogravitacije. Možemo da pretpostavimo da je idući korak vršenje istih eksperimenata sa ljudskim ćelijama na orbiti oko Zemlje. S obzirom na trenutne promene u usmeravanju budžeta NASA-e, verovatno je realno nadati se da će do trenutka kada put do Marsa bude tehnički izvodljiv biti otkriveno i kako da se astronauti sa Marsa vrate živi i zdravi.

Literatura
1. O bestežinskom stanju: http://er.jsc.nasa.gov/seh/cell_growth_in_zero_g.pdf
2. O bestežinskom stanju: http://www.howstuffworks.com/weightlessness.htm
3. O matičnim ćelijama: http://www.tellmeaboutstemcells.org/stem-cell-basics/index.php
4. O matičnim ćelijama: http://stemcells.nih.gov/info/basics/
5. Matične ćelije u bestežinskom stanju: http://news.discovery.com/space/microgravity-stem-cells-space.html
6. Matične ćelije u bestežinskom stanju: http://www.zeenews.com/news625843.html

Slučajni tekstovi

About Marija Janković

Student Fizičkog fakulteta u Beogradu. Nekadašnja polaznica, a sada mlađi saradnik seminara fizike u Istraživačkoj stanici Petnica i jedna od urednika Viva-fizika portala. Interesovanja: prirodne nauke, informatika, fotografija, istorija i esperanto.

More Posts (55)

Share and Enjoy