Rumrejser svækker vores immunsystem:Nu ved forskerne måske hvorfor

Mikrotyngdekraft i rummet forstyrrer den menneskelige fysiologi og er skadelig for astronauternes sundhed, en kendsgerning, der først blev indset under tidlige Apollo-missioner, da astronauter oplevede forstyrrelser i det indre øre, hjertearytmi, lavt blodtryk, dehydrering, og tab af calcium fra deres knogler efter deres missioner.

En af de mest slående observationer fra Apollo-missioner var, at lidt over halvdelen af ​​astronauterne blev syge af forkølelse eller andre infektioner inden for en uge efter hjemkomsten til Jorden. Nogle astronauter har endda oplevet reaktivering af sovende vira, såsom skoldkoppevirus. Disse resultater stimulerede undersøgelser af virkningerne af svag tyngdekraft, eller "mikrogravitation, "på immunsystemet, som videnskabsmænd har udforsket i årtier med bemandede raketopsendelser, shuttlerejser og rumstationer, eller nogle gange ved at simulere rumtyngdekraften i jordbundne laboratorier.

I den sidste undersøgelse ledet af en af ​​de første kvindelige astronauter, Millie Hughes-Fulford, Ph.D., forskere ved UCSF og Stanford University har nu vist, at svækkelsen af ​​en astronauts immunsystem under rumrejser sandsynligvis delvis skyldes unormal aktivering af immunceller kaldet T-regulatorceller (Tregs).

Tregs udløses normalt for at sænke immunresponser, når infektion ikke længere truer, og er vigtige regulatorer af immunresponser i sygdomme lige fra cancer til COVID-19. Under mikrotyngdekraftsforhold, imidlertid, forskerne fandt ændringer i Tregs, der gjorde dem klar til at gå på arbejde, selv før immunsystemet blev udfordret. Når de stimulerede et immunrespons i humane immunceller fra blodprøver i mikrogravitation, med et kemikalie, der ofte bruges i forskning til at efterligne et sygdomspatogen, de fandt ud af, at Tregs hjalp med at undertrykke det immunrespons, der blev udløst. Denne uventede opdagelse er offentliggjort online den 7. juni i tidsskriftet Nature Videnskabelige rapporter .

Hughes-Fulford blev den første kvindelige nyttelastspecialist, der kredsede om Jorden med sine eksperimenter i 1991, og i årtier, indtil hendes død på grund af leukæmi i februar, hun studerede virkningerne af mikrotyngdekraft på sundheden, først med vægt på osteoporose og senere med fokus på immunforsvaret. Som forsker ved San Francisco Veterans Affairs Medical Center og et UCSF-fakultetsmedlem længe tilknyttet Institut for Medicin, Hughes-Fulford vejledte håbefulde rumforskere, inklusive hovedefterforskerne af denne seneste immunologiske undersøgelse.

Jordan Spatz, Ph.D., en rumforsker og UCSF medicinstuderende, der blev co-PI i undersøgelsen efter Hughes-Fulfords død, bemærkede, at efterhånden som rumrejser bliver mere og mere kommercialiserede og mere almindelige, bekymringer over rumrejsendes sundhedsstatus vil sandsynligvis vokse.

"Tidligt i rumprogrammet, de fleste astronauter var unge og ekstremt raske, men nu har de en tendens til at have meget mere træning og er ældre, " sagde Spatz. "Desuden, bortset fra astronauter, med kommercialiseringen af ​​rumflyvning vil der være mange flere ældre og mindre sunde individer, der oplever mikrogravitation. Fra et rummedicinsk perspektiv, vi ser, at mikrogravitation gør en masse dårlige ting ved den menneskelige krop, og vi håber på at få evnen til at afbøde nogle af virkningerne af mikrotyngdekraft under rumrejser."

Den nye undersøgelse avancerede tidligere forskning ledet af Hughes-Fulford, bekræfter nogle af hendes tidligere resultater fra eksperimenter i rummet og i simuleret mikrogravitation, samtidig med at de bidrager med yderligere molekylære opdagelser. Hughes-Fulford havde tidligere fundet svagere reaktioner fra T-lymfocytter i immunsystemet, hvoraf nogle angriber specifikke patogener direkte, og nogle af dem hjælper med at orkestrere immunresponset.

"Det er en dobbelt pudsighed, " sagde co-PI Brice Gaudilliere, MD, Ph.D., en lektor i afdelingen for anæstesi ved Stanford University School of Medicine. "Der er en dæmpning af T-lymfocyt-immunaktiveringsresponser, men også en forværring af immunsuppressive reaktioner fra Tregs." Forskerne fandt også, at "naturlige dræber"-lymfocytter var mindre aktive under simuleret mikrotyngdekraft, mens antistofproducerende B-celler så ud til at være upåvirkede.

Forskerne simulerede mikrogravitation i blodprøver med en specialiseret, cylindrisk, cellekulturkar med motordrevet rotation, et længe etableret mikrogravitationsforskningsværktøj, men metoden til enkeltcelleanalyse var unik. Forskerne identificerede individuelle immunceller efter specifik type og brugte metalmærker og massespektroskopi til samtidig at detektere og kvantificere snesevis af proteiner, der spiller en rolle i immunfunktionen, ud over at bekræfte tidligere identificerede mønstre af ændret genaktivering.