De studie laat zien hoe cellen Artemis-astronauten kunnen helpen bij het sporten

In 2033 zijn NASA en China van plan om de eerste bemande missies naar Mars te sturen. Deze missies worden om de twee jaar gelanceerd wanneer de aarde en Mars zich op de dichtstbijzijnde punten in hun baan bevinden (Mars-oppositie). Deze missies zouden met conventionele technologie zes tot negen maanden nodig hebben om de Rode Planeet te bereiken. Dit betekent dat astronauten tot anderhalf jaar in microzwaartekracht kunnen doorbrengen, gevolgd door maandenlange operaties aan het oppervlak in de zwaartekracht van Mars (ongeveer 40% van die van de aarde). Dit kan ernstige gevolgen hebben voor de gezondheid van de astronauten, waaronder spieratrofie, verlies van botdichtheid en psychologische effecten.

Aan boord Internationaal Ruimtestation (ISS) handhaven astronauten een rigoureus oefenregime om deze effecten te verzachten. Astronauten zullen echter niet dezelfde keuze hebben tijdens hun reis naar Mars, aangezien hun voertuigen ( Orion Ruimteschip) heeft een veel kleiner volume. Om deze uitdaging aan te gaan, professor Marni Boppart en haar collega’s binnen Beckman Instituut voor geavanceerde wetenschap en technologie Ze ontwikkelen een proces met behulp van hernieuwbare cellen. Dit werk kan ertoe bijdragen dat astronauten gezond, energiek en klaar voor verkenning op Mars aankomen!

Boppart is hoogleraar Kinesiologie en Community Health aan het Beckman Instituut College voor Toegepaste Gezondheidswetenschappen (CAHS) in Universiteit van Illinois Urbana-Champaign (UIUC). Voordat hij bij UIUC kwam, was Boppart officier en ruimtevaartfysioloog bij de Amerikaanse luchtmacht, gespecialiseerd in gezondheidsrisico’s op grote hoogte. Haar huidige onderzoek richt zich op spierverlies en -aanwinst op moleculair niveau, waarvan ze hoopt dat het zal leiden tot strategieën voor het herwinnen van kracht in omstandigheden waarin beweging en lichaamsbeweging beperkt zijn.

Deze situatie levert problemen op gezien het effect dat tijd doorgebracht in microzwaartekracht heeft op het menselijk lichaam. Deze fysiologische effecten zijn goed gedocumenteerd dankzij lopende studies aan boord van het internationale ruimtestation ISS, zoals de beroemde studies van NASA. Tweeling studie. Zoals vermeld door Boppart in een recent Beckman Institute persbericht:

Astronauten kunnen al na twee weken tot 20% van hun spiermassa verliezen en elke maand 1-2% van hun botmineraaldichtheid. Hoe langer de periode van ruimtereizen, hoe groter de afbraak van weefsels en fysiologische systemen in het menselijk lichaam. Maar zelfs de meest ernstige [exercise] Protocollen geïmplementeerd in de ruimte zijn niet voldoende om de negatieve effecten van microzwaartekracht te overwinnen. Alternatieven voor traditionele oefeningen, idealiter gebaseerd op de principes van lichaamsbeweging, zijn nodig.

Boppart en haar collega’s gingen op zoek naar het regeneratieve vermogen van cellen voor verkenning van de ruimte als reactie op Vooruitgang in biomedisch onderzoek voor de gezondheid van de ruimte (BRASH) Zoek door Vertaalonderzoeksinstituut voor Space Health (TRISH) – Instituut gefinancierd door NASA Human Research-programma. Het instituut vroeg onderzoekers om nieuwe manieren te onderzoeken om de gezondheid en prestaties van astronauten te waarborgen door de cellulaire onderhouds- en reparatiemogelijkheden van het menselijk lichaam te verbeteren. Ze verklaarden dat deze methoden onderdeel zullen worden van langdurige verkenningsmissies, inclusief NASA-missies Artemis-programma en toekomstige bemande missies naar Mars.

De missietechniek van Artemis is Orion ruimtevaartuig, dat een bemanning van vier astronauten naar de maan zal brengen. Dit programma stuurt twee astronauten naar het oppervlak van de maan (Artemis III) voor het eerst sindsdien Apollo 17 De expeditie landde in 1972. Het langetermijndoel van Artemis is echter om een ​​programma te maken “Verkenning en duurzame ontwikkeling van de maanDat omvat het creëren van infrastructuur – zoals Artemis-basiskamp en de Maan Poort Om missies naar Mars te vergemakkelijken in het komende decennium.

de Orion Het ruimtevaartuig heeft een beperkte omvang omdat het is ontworpen om drie functies te vervullen: een slaapzaal, een eetzaal en een controlekamer. Terwijl het totale onder druk staande volume 20 kubieke meter (690,6 ft3) is, is de bewoonbare ruimte slechts 9 kubieke meter (316 ft3).³) groot. Dit laat weinig ruimte over voor weerstands- en uithoudingsapparatuur, vergelijkbaar met waar astronauten toegang toe hebben op het internationale ruimtestation ISS. In plaats daarvan concentreerden Boppart en haar team zich op de cellulaire activiteit die plaatsvindt in het menselijk lichaam tijdens en na perioden van inspanning.

Wanneer we ons bezighouden met anaerobe (gewichtheffen) of aerobe (hardlopen, enz.) activiteiten, reageert ons lichaam op een ‘stressreactie’. Dit bestaat uit chemicaliën zoals endorfines die vrijkomen in de bloedbaan om het vermogen van het lichaam om actief te blijven te stimuleren. Sommige van deze chemische ladingen zijn ingekapseld in een beschermende laag van lipiden (vetcellen), bekend als extracellulaire blaasjes, genoemd vanwege hun vermogen om herstellende chemicaliën van de ene cel naar de andere te transporteren. Boppart en haar team veronderstellen dat extracellulaire blaasjes en de chemicaliën die ze dragen, de herstellende effecten van lichaamsbeweging kunnen veroorzaken, zelfs als je niet aan het trainen bent.

Voor hun onderzoek ontvingen Boppart en haar collega’s een subsidie ​​van $1 miljoen van TRISH, te verdelen over de komende twee jaar. Het algemene doel van hun studie is om extracellulaire blaasjes te gebruiken die op natuurlijke wijze (van vrijwilligers) en kunstmatig in vitro zijn gegenereerd. Wanneer ze worden toegediend aan astronauten, repliceren deze blaasjes het herstellende effect van lichaamsbeweging op astronauten en bestrijden ze de effecten van microzwaartekracht, en dat alles zonder dat er zware apparatuur nodig is die veel ruimte in beslag neemt. Zoals Boppart het samenvatte:

“Als we trainen, profiteren niet alleen onze spieren, maar alle weefsels, inclusief onze hersenen en huid. Ons door TRISH gesponsorde werk zal direct het vermogen testen van extracellulaire blaasjes die vrijkomen na inspanning om de menselijke gezondheid in de ruimte te beschermen. Astronauten zijn de doelgroep in deze gefinancierde studie.”, maar het resultaat kan worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan aandoeningen die verband houden met lethargie en verwaarlozing, waaronder ouderdom, invaliditeit of zelfs ziekte, te voorkomen, in stand te houden of te behandelen, wat buitengewoon bevredigend zal zijn.”

Verder lezen: Universiteit van Illinois