Невесомость – ягода горькая
Но, возможно, она может поможет найти лекарство от рака Космонавта невесомость встречает ласково. Однако после длительного пребывания на орбите за нежные ее объятия человеку приходится тяжело расплачиваться, причем до недавнего времени медицина еще не вполне представляла, сколь велика эта плата. Дело, как выяснилось, не только в вымывании кальция из костей, нарушении водно-солевого обмена, ухудшении иммунитета, ослаблении циркуляции крови, деградации мышц из-за снижения нагрузки. Причина находится глубже – на уровне клеток организма, интенсивность развития которых катастрофически изменяется без привычного гравитационного воздействия.
Но, возможно, она может поможет найти лекарство от рака
Космонавта невесомость встречает ласково. Однако после длительного пребывания на орбите за нежные ее объятия человеку приходится тяжело расплачиваться, причем до недавнего времени медицина еще не вполне представляла, сколь велика эта плата. Дело, как выяснилось, не только в вымывании кальция из костей, нарушении водно-солевого обмена, ухудшении иммунитета, ослаблении циркуляции крови, деградации мышц из-за снижения нагрузки. Причина находится глубже – на уровне клеток организма, интенсивность развития которых катастрофически изменяется без привычного гравитационного воздействия. Все это было установлено в ходе выполнения белорусско-французского проекта, реализованного учеными Института физиологии Национальной академии наук Беларуси, медицинского факультета Анжерского университета (Анжер) и Института космической физиологии и медицины (Тулуза).
Самое интересное, что сделать столь фундаментальные выводы партнеры смогли, не отправляя на орбиту космонавтов, подопытных животных или культуры клеток. И даже не запуская исследовательские зонды. Опыты, принесшие удивительные результаты, ставились в Минске и внешне выглядели столь просто, что когда интернациональный коллектив исследователей отправил материалы для публикации в журнал Российской академии медицинских наук «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины», авторов вежливо попросили повторить эксперименты еще раз. И только после того, как все выводы в точности подтвердилось, статья была опубликована. А в минувшем году полученные данные вызвали оживленную дискуссию на организованном Европейским космическим агентством международном симпозиуме «Жизнь в космосе для жизни на Земле» и на втором съезде физиологов СНГ в Кишиневе.
– Мы ставили эксперимент по моделированию воздействия микрогравитации на клетки соединительной ткани – фибробласты, – поясняет заместитель директора по научной работе Института физиологии Национальной академии наук Беларуси, член-корреспондент НАН Беларуси Владимир Кульчицкий. – Для этого культуру клеток выращивали на керамическом носителе, изготовленном специалистами Института порошковой металлургии НАН Беларуси, чтобы ее вместе с этим материалом можно было время от времени свободно переворачивать на 90 градусов. Казалось бы, бессмысленное занятие, не имеющее к тому же никакого отношения к гравитации. Но дело в том, что живая клетка, как мы убедились, для успешного развития должна чувствовать вектор гравитации, то есть знать, где «верх», а где «низ». В космосе таких понятий, как известно, нет, но на земле мы можем воспроизвести примерно такую же ситуацию, если дезориентируем клетку, периодически меняя верх и низ местами. Честно говоря, на столь очевидный результат, какой был получен, мы даже не рассчитывали. Оказалось, что развитие «сбитых с толку» клеток замедляется почти в два раза по сравнению с контролем! Для них это катастрофа.
Выяснилось, что после такого разворота клетки через 1-2 суток теряют способность прикрепляться друг к другу, а также к материалу, на котором они находятся. Обычно они делают это с помощью специальных молекул, которые при изменении обстановки временно утрачивают дееспособность. Судя по всему, виной тому становится именно гравитационный фактор.
– В этом же направлении исследований, – говорит Владимир Кульчицкий, – интенсивно работают ученые из Института медико-биологических проблем Российской академии наук, в частности профессор Людмила Буравкова, которая изучает гравитационную чувствительность стволовых клеток. Для этого используются дорогостоящие устройства для моделирования микрогравитации, позволяющие регистрировать скорость роста клеток. Полученные в нашей лаборатории и в других научных центрах данные свидетельствуют, что и популяции клеток, и взрослые живые существа, в том числе и человек, испытывают сложное воздействие невесомости. Известно, что по естественным причинам клетки организма периодически отмирают, а приходящие им на смену новые в условиях невесомости могут отставать в развитии. Стало быть, при длительных космических экспедициях негативный эффект невесомости может нарастать, и организм, не восполняя клетки, начнет как бы истощать свои возможности. Как будут работать в этих условиях различные системы организма, дойдет ли дело до нарушения контроля жизненных функций и если это будет происходить, то что следует предпринимать, чтобы предотвратить нежелательные последствия длительных полетов, – на все эти вопросы еще предстоит ответить ученым, моделирующим условия космоса.
Эта тема возникла не вдруг. В ходе предыдущего, опять же наземного, белорусско-российско-французского проекта, направленного на выяснение механизма адаптации организма к условиям невесомости, ученые в модельных экспериментах выяснили, что у лабораторных животных, например, страдает эндотелий – слой клеток, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. В результате структурных изменений этих тканей и ослабления способности рецепторов реагировать на изменение среды кровь иначе взаимодействует со стенками сосудов, что приводит к разнообразным аномалиям, в том числе к усилению атеросклеротических проявлений. Механизм этого явления на клеточном уровне остается непонятным, что побуждает исследователей проводить более углубленные опыты.
Теперь, когда микрогравитация приоткрыла свою тайну в экспериментах на культурах клеток, пришла пора поставить новые опыты на лабораторных животных. Такую программу ученые Института физиологии НАН Беларуси совместно с коллегами из университетов Анжера и Гренобля подготовили, и она уже прошла предварительные этапы экспертизы в научных структурах Евросоюза. Несмотря на кризис, шанс получить финансирование темы от Европейского космического агентства велик, но партнеры намерены выполнить работу даже при неблагоприятных обстоятельствах.
– Понять природу гравитационного воздействия и найти средства, чтобы парировать негативные явления, возникающие в живом организме, оказавшемся в космосе, – такую цель преследуют наши исследования, которые мы планируем проводить с россиянами и французами, в том числе и в реальных условиях космоса, – говорит Владимир Кульчицкий. – Нам могут сказать: пусть, мол, тематикой, связанной с безопасностью межпланетных путешествий, занимаются космические державы, а науке маленькой страны хватит и земных проблем. Возразить на это легко: деньги в такие эксперименты вкладывают преимущественно наши партнеры, а нас приглашают в совместные проекты потому, что в области космической биологии и медицины в Беларуси еще с советских времен сложилась серьезная научная школа, например, в области информационного обеспечения исследований космического пространства, и мы сами предлагаем интересные идеи. И если у нас есть ценимый в мире интеллектуальный потенциал, то его нужно поддерживать и развивать на благо науки и страны. В конце концов эти исследования могут иметь и другие приложения. Например, после того, как нами и другими учеными было отмечено, что микрогравитация резко тормозит развитие живых клеток, мы предположили – а почему бы с ее помощью не задержать развитие клеток раковых? Выяснить, какими техническими средствами эффект может быть достигнут и в каких ситуациях такое воздействие будет полезно, – дело будущего. Но начинать искать подходы к решению проблемы нужно уже сейчас.
Дмитрий ГОМЕЛЬСКИЙ
Космонавта невесомость встречает ласково. Однако после длительного пребывания на орбите за нежные ее объятия человеку приходится тяжело расплачиваться, причем до недавнего времени медицина еще не вполне представляла, сколь велика эта плата. Дело, как выяснилось, не только в вымывании кальция из костей, нарушении водно-солевого обмена, ухудшении иммунитета, ослаблении циркуляции крови, деградации мышц из-за снижения нагрузки. Причина находится глубже – на уровне клеток организма, интенсивность развития которых катастрофически изменяется без привычного гравитационного воздействия. Все это было установлено в ходе выполнения белорусско-французского проекта, реализованного учеными Института физиологии Национальной академии наук Беларуси, медицинского факультета Анжерского университета (Анжер) и Института космической физиологии и медицины (Тулуза).
Самое интересное, что сделать столь фундаментальные выводы партнеры смогли, не отправляя на орбиту космонавтов, подопытных животных или культуры клеток. И даже не запуская исследовательские зонды. Опыты, принесшие удивительные результаты, ставились в Минске и внешне выглядели столь просто, что когда интернациональный коллектив исследователей отправил материалы для публикации в журнал Российской академии медицинских наук «Бюллетень экспериментальной биологии и медицины», авторов вежливо попросили повторить эксперименты еще раз. И только после того, как все выводы в точности подтвердилось, статья была опубликована. А в минувшем году полученные данные вызвали оживленную дискуссию на организованном Европейским космическим агентством международном симпозиуме «Жизнь в космосе для жизни на Земле» и на втором съезде физиологов СНГ в Кишиневе.
– Мы ставили эксперимент по моделированию воздействия микрогравитации на клетки соединительной ткани – фибробласты, – поясняет заместитель директора по научной работе Института физиологии Национальной академии наук Беларуси, член-корреспондент НАН Беларуси Владимир Кульчицкий. – Для этого культуру клеток выращивали на керамическом носителе, изготовленном специалистами Института порошковой металлургии НАН Беларуси, чтобы ее вместе с этим материалом можно было время от времени свободно переворачивать на 90 градусов. Казалось бы, бессмысленное занятие, не имеющее к тому же никакого отношения к гравитации. Но дело в том, что живая клетка, как мы убедились, для успешного развития должна чувствовать вектор гравитации, то есть знать, где «верх», а где «низ». В космосе таких понятий, как известно, нет, но на земле мы можем воспроизвести примерно такую же ситуацию, если дезориентируем клетку, периодически меняя верх и низ местами. Честно говоря, на столь очевидный результат, какой был получен, мы даже не рассчитывали. Оказалось, что развитие «сбитых с толку» клеток замедляется почти в два раза по сравнению с контролем! Для них это катастрофа.
Выяснилось, что после такого разворота клетки через 1-2 суток теряют способность прикрепляться друг к другу, а также к материалу, на котором они находятся. Обычно они делают это с помощью специальных молекул, которые при изменении обстановки временно утрачивают дееспособность. Судя по всему, виной тому становится именно гравитационный фактор.
– В этом же направлении исследований, – говорит Владимир Кульчицкий, – интенсивно работают ученые из Института медико-биологических проблем Российской академии наук, в частности профессор Людмила Буравкова, которая изучает гравитационную чувствительность стволовых клеток. Для этого используются дорогостоящие устройства для моделирования микрогравитации, позволяющие регистрировать скорость роста клеток. Полученные в нашей лаборатории и в других научных центрах данные свидетельствуют, что и популяции клеток, и взрослые живые существа, в том числе и человек, испытывают сложное воздействие невесомости. Известно, что по естественным причинам клетки организма периодически отмирают, а приходящие им на смену новые в условиях невесомости могут отставать в развитии. Стало быть, при длительных космических экспедициях негативный эффект невесомости может нарастать, и организм, не восполняя клетки, начнет как бы истощать свои возможности. Как будут работать в этих условиях различные системы организма, дойдет ли дело до нарушения контроля жизненных функций и если это будет происходить, то что следует предпринимать, чтобы предотвратить нежелательные последствия длительных полетов, – на все эти вопросы еще предстоит ответить ученым, моделирующим условия космоса.
Эта тема возникла не вдруг. В ходе предыдущего, опять же наземного, белорусско-российско-французского проекта, направленного на выяснение механизма адаптации организма к условиям невесомости, ученые в модельных экспериментах выяснили, что у лабораторных животных, например, страдает эндотелий – слой клеток, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. В результате структурных изменений этих тканей и ослабления способности рецепторов реагировать на изменение среды кровь иначе взаимодействует со стенками сосудов, что приводит к разнообразным аномалиям, в том числе к усилению атеросклеротических проявлений. Механизм этого явления на клеточном уровне остается непонятным, что побуждает исследователей проводить более углубленные опыты.
Теперь, когда микрогравитация приоткрыла свою тайну в экспериментах на культурах клеток, пришла пора поставить новые опыты на лабораторных животных. Такую программу ученые Института физиологии НАН Беларуси совместно с коллегами из университетов Анжера и Гренобля подготовили, и она уже прошла предварительные этапы экспертизы в научных структурах Евросоюза. Несмотря на кризис, шанс получить финансирование темы от Европейского космического агентства велик, но партнеры намерены выполнить работу даже при неблагоприятных обстоятельствах.
– Понять природу гравитационного воздействия и найти средства, чтобы парировать негативные явления, возникающие в живом организме, оказавшемся в космосе, – такую цель преследуют наши исследования, которые мы планируем проводить с россиянами и французами, в том числе и в реальных условиях космоса, – говорит Владимир Кульчицкий. – Нам могут сказать: пусть, мол, тематикой, связанной с безопасностью межпланетных путешествий, занимаются космические державы, а науке маленькой страны хватит и земных проблем. Возразить на это легко: деньги в такие эксперименты вкладывают преимущественно наши партнеры, а нас приглашают в совместные проекты потому, что в области космической биологии и медицины в Беларуси еще с советских времен сложилась серьезная научная школа, например, в области информационного обеспечения исследований космического пространства, и мы сами предлагаем интересные идеи. И если у нас есть ценимый в мире интеллектуальный потенциал, то его нужно поддерживать и развивать на благо науки и страны. В конце концов эти исследования могут иметь и другие приложения. Например, после того, как нами и другими учеными было отмечено, что микрогравитация резко тормозит развитие живых клеток, мы предположили – а почему бы с ее помощью не задержать развитие клеток раковых? Выяснить, какими техническими средствами эффект может быть достигнут и в каких ситуациях такое воздействие будет полезно, – дело будущего. Но начинать искать подходы к решению проблемы нужно уже сейчас.
Дмитрий ГОМЕЛЬСКИЙ
вк
ок
youtube
telegram
ru–by
MAX
