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Lo studio della mosca di frutta rivela gli effetti di microgravità sul cuore

Gli scienziati al Discovery Institute medico di Sanford Burnham Prebys hanno indicato che mosche di frutta che hanno passare parecchie settimane sullo spazio internazionale (ISS) Stazione-circa la metà dei loro cambiamenti strutturali e biochimici profondi vita-con esperienza ai loro cuori. Lo studio, pubblicato oggi in cella riferisce, suggerisce che gli astronauti che spendono un lungo lasso di tempo in spazio-cui sia richiesto per formazione di colonia o di viaggio della luna a distante Marte-abbiano potuto soffrire i simili effetti e possano trarre giovamento dai provvedimenti cautelari tenere i loro cuori sani. La ricerca egualmente ha rivelato le nuove comprensioni che potrebbero gente di guida giorna su terra che è su riposo a letto o sulla vita a lungo termine con la malattia di cuore.

Per la prima volta, possiamo vedere i cambiamenti cellulari e molecolari che possono essere alla base delle condizioni del cuore vedute negli studi dell'astronauta. Abbiamo iniziato questo studio per capire gli effetti di microgravità sul cuore ed ora abbiamo una carta stradale che possiamo usare per iniziare per sviluppare le strategie per tenere i cuori dell'astronauta forti e sani.„

Karen Ocorr, Ph.D., assistente universitario nel programma di sviluppo, di invecchiamento e di rigenerazione a Sanford Burnham Prebys ed autore co-senior dello studio

Gli studi passati hanno indicato che nelle circostanze di microgravità, il cuore umano si sposta da un ovale ad una forma più sferica. Il volo spaziale egualmente induce il muscolo di cuore a indebolirsi (atrofia), diminuendo la sua capacità di pompare il sangue in tutto l'organismo. Tuttavia, finora, studi umani del cuore; completato facendo uso degli ultrasuoni eseguiti sul ISS; sono stati limitati ad un numero relativamente piccolo degli astronauti. Mentre importanti, questi studi non hanno rivelato i cambiamenti cellulari e molecolari che determinassero queste trasformazioni; le informazioni hanno dovuto sviluppare le contromisure che terranno gli astronauti sicuri sui voli prolungati.

“Poichè continuiamo il nostro lavoro per stabilire una colonia sulla luna e per inviare i primi astronauti a Marte, capire gli effetti di tempo esteso nella microgravità sul corpo umano è di importanza fondamentale,„ dice Sharmila Bhattacharya, Ph.D., scienziato senior alla NASA e un autore di studio. “Gli odierni risultati indicano che la microgravità può avere effetti drammatici sul cuore, sul suggerimento su del che l'intervento medico può essere necessario per il viaggio nello spazio della a lungo durata e sul punto a parecchie direzioni per lo sviluppo terapeutico.„

Le mosche di frutta sono modelli sorprendente buoni per lo studio del cuore umano. L'azione quasi 75% degli insetti dei geni malattia-causanti trovati in esseri umani ed i loro cuori a forma di metropolitana rispecchiano una versione iniziale di nostri; quale comincia come tubo quando siamo nell'utero e nei popolare successivi nelle quattro camere con cui siamo abituati. Fortunatamente, le mosche di frutta sono egualmente in gran parte economicamente indipendenti. Tutto l'alimento che le mosche state necessarie per la durata dello scatto sono state contenute in caselle speciali ha progettato per questo studio; permettere che gli astronauti occupati mettano a fuoco su altre mansioni.

Viaggio a spazio

Nello studio, gli scienziati hanno inviato lo speciale “mosca scaricata inscatola„ contenere le fiale riempite di alcune mosche di frutta femminili e maschii all'ISS per un'orbita lunga una. Mentre nello spazio, queste mosche hanno prodotto i centinaia di bambini che hanno avvertito tre settimane di microgravità; l'equivalente umano di tre decadi. Le mosche di frutta che nascevano nello spazio hanno ritornato a terra via uno splashdown fuori dalla costa della Bassa California. Un membro del gruppo scientifico ha recuperato le mosche dal porto di Long Beach e; molto con attenzione; ha determinato gli esemplari alla città universitaria di Sanford Burnham Prebys a La Jolla, la California.

Le mosche sono arrivato una volta al laboratorio, gli scienziati hanno balzato in atto. Le prove della funzione del cuore hanno dovuto essere catturate in 24 ore del rendimento a terra in modo dalla gravità non interferirebbe con i risultati. I ricercatori hanno lavorato ventiquattr'ore su ventiquattro per misurare le mosche

capacità di scalare una provetta; per catturare i video dei cuori battenti per misurare contrattilità e frequenza cardiaca; e per conservare tessuto per le analisi genetiche e biochimiche future, compreso la mappatura dei cambiamenti di espressione genica che si sono presentati nel cuore.

Esteso tessuto che ricostruisce

Questo lavoro ha rivelato che lo spazio vola ha avuto più piccoli cuori che erano meno contrattili; diminuendo la loro capacità di pompare sangue e rispecchiando i sintomi veduti in astronauti. Il tessuto del cuore egualmente ha subito l'estesa ricostruzione. Per esempio, le fibre di muscolo normalmente parallele si sono trasformate in in contatto mal allineato e perso con le strutture fibrose circostanti che permettono il cuore di generare la forza; con conseguente pompaggio alterato.

“Nel cuore normale della mosca, le fibre di muscolo funzionano come le vostre barrette quando schiacciano un tubo di dentifricio in pasta. Nello spazio vola, la contrazione era come la prova di ottenere il dentifricio in pasta comprimendo invece di spremuta,„ spiega Ocorr. “Per gli esseri umani, questo ha potuto diventare un grande problema.„

Con sorpresa degli scienziati, la matrice extracellulare fibrosa (ECM) che circonda il cuore dello spazio vola significativamente è stata diminuita. Dopo una lesione del cuore quale un attacco di cuore, questo tessuto complementare spesso overproduced ed interferisce con la funzione del cuore. Per questo motivo, l'interazione fra il ECM ed il cuore è un campo di ricerca attivo per gli scienziati del cuore.

“Eravamo molto emozionanti trovare che parecchie proteine d'interazione che dysregulated nello spazio vola,„ dice Rolf Bodmer, Ph.D., Direttore e professore nello sviluppo del, nell'invecchiamento e nel   di programma di rigenerazione a Sanford Burnham Prebys ed autore co-senior dello studio. “Queste proteine non erano precedentemente sul radar dei ricercatori del cuore, in modo da questa potrebbe accelerare lo sviluppo delle terapie che migliorano la funzione del cuore diminuendo la fibrosi.„

La punta dell'iceberg

Ocorr e Bodmer sono analizzare ancora occupato genetico ed i dati molecolari da questo studiano e che credono che queste comprensioni siano “la punta dell'iceberg„ per questo tipo di ricerca. I problemi della visione sono comuni in astronauti, in modo dagli scienziati egualmente stanno analizzando il tessuto dell'occhio dallo spazio vola. Un altro centro di interesse si riferisce ai bambini delle mosche che nascevano nello spazio, che contribuirebbe a rivelare tutti gli effetti ereditati del volo spaziale. Mentre la salubrità dell'astronauta è l'obiettivo primario, la gente su terra può infine essere i più grandi beneficiari di questo lavoro aprente la strada.

“Sono sicuro che la ricerca della malattia di cuore sta andando trarre giovamento dalle comprensioni che stiamo guadagnando da questi voli,„ dico Ocorr. “Capire come il cuore funziona nello spazio egualmente sta andando insegnarci di più circa come il cuore funziona e può rompersi su terra.„

Source:
Journal reference:

Walls, S., et al. (2020) Prolonged Exposure to Microgravity Reduces Cardiac Contractility and Initiates Remodeling in Drosophila. Cell Reports. doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108445.