Тихий разговор между мышцами и гравитацией и что происходит, когда он прекращается

Представьте себе мышцу как нечто, что на протяжении всей вашей жизни ведет разговор с гравитацией, постоянно ощущая вес вашего тела, постоянно подстраиваясь, постоянно получая сигнал о том, что она нужна. Теперь представьте, что этот разговор полностью прекращается. Это в некотором смысле то, что происходит с телом астронавта на орбите, и это проблема, лежащая в основе нового исследования в Университете штата Айова, поддерживаемого Iowa NASA EPSCoR, о том, как космические полеты изменяют физиологию человека на клеточном уровне.

Международная космическая станция, где происходит исследование атрофии мышц, проводимое командой доктора Камала, вызов, который растет по мере того, как миссии движутся к Луне и Марсу (Кредит: NASA)

Работа принадлежит доктору Халеду Камалу, который присоединился к Университету штата Айова в 2024 году после более чем десятилетней работы над проектами, связанными с Европейским космическим агентством и NASA. Камал изучает, как микрогравитация нарушает сигнальные пути, которые поддерживают здоровье мышц, процессы с названиями, такими как механотрансдукция, способ, которым клетки ощущают и реагируют на физическую силу, наряду с редокс-биологией и межклеточной коммуникацией в опорно-двигательной системе. Его центральное внимание сосредоточено на атрофии мышц, истощении, которое испытывают астронавты во время длительных миссий на Международную космическую станцию, и которое станет еще большей проблемой, когда экипажи будут двигаться дальше, к Луне и, в конечном итоге, к Марсу.

"Мы пытаемся понять, как космический полет вызывает эту атрофию мышц на молекулярном и клеточном уровнях, и выгода от этого как практическая, так и научная: понять механизм, и тогда станет возможной контрмера," - доктор Халед Камал из Университета штата Айова.

Воссоздать невесомость на Земле, естественно, довольно сложно, поэтому лаборатория Камала создала нечто довольно умное! Первая модель грызуна с разгрузкой задних конечностей в Университете штата Айова, которая имитирует некоторые физические условия микрогравитации, не покидая землю. Подвешивание животного так, чтобы его задние конечности не несли нагрузки, эффективно глушит тот же самый разговор между мышцами и гравитацией, позволяя исследователям наблюдать в реальном времени, как мышечная ткань ощущает изменения и начинает реагировать, и предоставляя им испытательную платформу для терапий, направленных на сохранение здоровья мышц, когда этот гравитационный сигнал исчезает.

Что делает это исследование ценным далеко за пределами космической программы, так это то, что тело не особенно заботится о том, почему сигнал гравитации стал тихим. Молекулярные пути, нарушенные в микрогравитации, существенно пересекаются с теми, которые участвуют в возрастной саркопении и мышечной дистрофии Дюшенна, генетическом заболевании, которое разрушает мышцы с детства. Камал теперь ищет новые биомаркеры, включая сигнатуры экстрацеллюлярных везикул и механочувствительные сигнальные системы, которые могут в будущем стать основой для инструментов мониторинга и лечения астронавтов во время длительных миссий на Луну и Марс, а также для пациентов на Земле.

Микроскопический вид поперечно-полосатой скелетной мышечной волокна, показывающий полосатый рисунок, нарушенный во время истощения мышц (Кредит: Nephron)

Сама лаборатория стала чем-то вроде точки встречи, привлекая сотрудников из области животноводства, машинного обучения, инженерии и клеточной биологии, а также аспирантов и студентов. Среди них аспирант Хассан, который присоединился весной 2025 года после того, как его привлекла идея воссоздания того, что астронавты испытывают в условиях микрогравитации, здесь, на земле. Камал надеется, что лаборатория продолжит расширять этот поток. Как он говорит, NASA нуждается в биологах и физиологах не меньше, чем в инженерах, и растущая способность науки о жизни в космосе в Айове начинает производить и тех, и других.