Новое исследование демонстрирует эффективность разработанного соединения в предотвращении потери костной массы у мышей, путешествующих в космосе. Этот прорыв может стать решением проблемы космонавтов и пациентов с остеопорозом здесь, на Земле. Новое исследование, опубликованное сегодня (18 сентября) в партнерском журнале Nature npj Microgravity, показало, что введение специально разработанного соединения мышам на борту Международной космической станции (МКС) в значительной степени предотвратило потерю костной массы, связанную с пространством-временем.
Исследование, проведенное междисциплинарной группой профессоров Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и Института Форсайта в Кембридже, штат Массачусетс, подчеркивает многообещающую терапию, позволяющую смягчить чрезмерную потерю костной массы, вызванную длительными космическими путешествиями и дегенерацией скелетно-мышечной системы на Земле.
Потеря костной массы, вызванная микрогравитацией, уже давно является важной проблемой длительных космических полетов. Снижение механической нагрузки, вызванное микрогравитацией, приводит к потере костной массы в 12 раз быстрее, чем на Земле. У астронавтов на низкой околоземной орбите скорость потери костной массы может достигать 1% в месяц, что поставит под угрозу здоровье костей астронавтов и увеличит риск переломов во время длительного космического полета и в дальнейшей жизни.
Современные стратегии уменьшения потери костной массы основаны на механической нагрузке, вызванной физическими упражнениями, для стимулирования формирования костей, но эта стратегия далека от идеала для экипажей, подвергающихся воздействию микрогравитации в течение шести месяцев. Физические упражнения не всегда предотвращают потерю костной массы, отнимают драгоценное время у пассажиров и могут быть противопоказанием при определенных типах травм.
В новом исследовании изучалось, может ли системное введение NELL-подобной молекулы-1 (NELL-1) уменьшить потерю костной массы, вызванную микрогравитацией. Исследование возглавил Чиа Су, доктор медицинских наук, заместитель заведующего кафедрой пластической хирургии и профессор хирургии и ортопедической хирургии Медицинской школы Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. NELL-1, открытый Кан Тином, доктором медицинских наук из Института Форсайта, имеет решающее значение для развития костей и поддержания плотности костей. Профессор Дин также провел многочисленные исследования, показавшие, что местное введение NELL-1 может регенерировать скелетно-мышечные ткани, такие как кости и хрящи.
Системная доставка NELL-1 на Международную космическую станцию потребовала от исследовательской группы минимизировать количество инъекций. Бен Ву, доктор философии, и Юлонг Чжан, доктор философии, из Института Форсайта, увеличили терапевтический потенциал NELL-1, продлив период полураспада молекулы NELL-1 с 5,5 часов до 15,5 часов без потери биологической активности, и создали «умную» молекулу BP-NELL-PEG путем биоконъюгации инертного бисфосфоната (BP), который может более целенаправленно воздействовать на костную ткань без обычных вредных эффектов БП.
Затем команды Су и Тинга провели обширную оценку улучшенной молекулы, чтобы определить эффективность и безопасность BP-NELL-PEG на Земле. Они обнаружили, что BP-NELL-PEG обладает превосходной специфичностью к костной ткани, не вызывая очевидных побочных эффектов.
Чтобы определить практичность BP-NELL-PEG в реальных космических условиях, исследователи работали с Центром развития космической науки (CASIS) и Эймсским отделением Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) для проведения обширной подготовки к космосу. Половину мышей МКС подвергали воздействию микрогравитационной среды («полет TERM») на срок до девяти недель, чтобы имитировать проблемы длительного космического путешествия, а оставшиеся мыши были доставлены обратно на Землю через 4,5 недели после этого. запуск стал первым возвращением живой мыши в истории США («полет LAR»). Как группа TERM, так и летная группа LAR получали лечение BP-NELL-PEG или контрольную группу фосфатно-солевым буфером (PBS). Такое же количество мышей остается в Космическом центре Кеннеди в качестве контрольной группы с нормальной земной гравитацией («наземной»), и их также обрабатывают BP-NELL-PEG или PBS.
Костеобразование значительно увеличивалось как у летающих, так и у наземных мышей, получавших BP-NELL-PEG. Мыши, получавшие лечение в космосе и на Земле, не оказали явного вредного воздействия на их здоровье.
«Наши результаты открывают большие перспективы для будущих космических исследований, особенно для миссий, предполагающих длительное пребывание в условиях микрогравитации», — сказал ведущий автор-корреспондент Чиа Су. «Если исследования на людях подтвердят это, BP-NELL-PEG станет эффективным инструментом в борьбе с потерей костной массы и дегенерацией скелетно-мышечной системы, особенно в ситуациях, когда традиционные тренировки с отягощениями невозможны из-за травм или других инвалидизирующих факторов».
«Эта биоинженерная стратегия может иметь важные преимущества и здесь, на Земле, обеспечивая потенциальную терапию для пациентов, страдающих тяжелым остеопорозом и другими заболеваниями, связанными с костями», — сказал соруководитель исследователя Бен Ву.
«Следующим шагом научный сотрудник проекта Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Пин Ха, доктор медицинских наук, магистр наук, будет курировать анализ данных о возвращении живых животных. Мы надеемся, что это прольет некоторый свет на то, как помочь будущим астронавтам восстановиться после длительных космических миссий».