به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در دنیای امروز که بشر به فکر سفرهای طولانی به فضا است، مانند ماموریت‌های مریخ یا ماه، چالش‌های جدیدی پیش روی دانشمندان قرار گرفته است. یکی از این چالش‌ها، تابش‌های کیهانی است که می‌تواند بر سلامت انسان تاثیرات جدی بگذارد. سلول‌های بنیادی، که نقش کلیدی در ترمیم و بازسازی بافت‌های بدن دارند، یکی از اهداف اصلی این تابش‌ها هستند.

تابش کیهانی چیست؟

تابش کیهانی، یا به طور دقیق‌تر، پرتوهای کیهانی کهکشانی (GCR)، بخشی از انرژی‌های پرانرژی است که از اعماق فضا می‌آید. این پرتوها شامل ذرات سنگین مانند پروتون‌ها، هلیوم و یون‌های سنگین‌تر هستند که با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کنند. وقتی این ذرات به جو زمین برخورد می‌کنند، ذرات ثانویه‌ای مانند نوترون‌ها تولید می‌کنند که بسیار نفوذپذیر و آسیب‌رسان هستند.

روی زمین، جو و میدان مغناطیسی ما را تا حد زیادی محافظت می‌کند، اما در فضا، فضانوردان بدون این سپر طبیعی هستند. برای مثال، در سفر به مریخ که ممکن است ماه‌ها طول بکشد، فرد ممکن است دوز تابشی معادل ۰.۵ گی (Gy) دریافت کند. این دوز، اگرچه کم به نظر می‌رسد، اما به دلیل انرژی بالا می‌تواند آسیب‌های عمیقی به DNA سلول‌ها وارد کند. نوترون‌ها، که بخش مهمی از این تابش هستند، می‌توانند باعث شکستگی‌های دوگانه DNA شوند، که اگر تعمیر نشوند، منجر به مرگ سلول یا جهش‌های سرطانی می‌شوند.

جالب است بدانید که حتی روی زمین، تابش‌های کیهانی ضعیف‌تر وجود دارند، مانند پرتوهای کیهانی زمینی (TCR) که از پتاسیم، اورانیوم و توریم می‌آیند. این تابش‌ها در مقیاس کوچک، اما مداوم، بر سلول‌های ذخیره‌شده تاثیر می‌گذارند.

سلول‌های بنیادی: پایه‌گذار ترمیم بدن

سلول‌های بنیادی، سلول‌های خاصی هستند که می‌توانند به انواع سلول‌های دیگر تبدیل شوند و بافت‌های آسیب‌دیده را ترمیم کنند. انواع مختلفی وجود دارند، مانند سلول‌های بنیادی هماتوپوئتیک (HSC) که خون را می‌سازند، سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSC) که بافت‌های استخوانی و عضلانی را حمایت می‌کنند، و سلول‌های بنیادی عضلانی (MuSC) که عضلات را بازسازی می‌کنند.

این سلول‌ها برای درمان‌های آینده مانند پیوند عضو یا درمان سرطان حیاتی هستند. اما حساسیت بالای آن‌ها به تابش، آن‌ها را آسیب‌پذیر می‌کند. برای مثال، HSCها در مغز استخوان قرار دارند و اگر آسیب ببینند، سیستم ایمنی بدن ضعیف می‌شود. سلول‌های بنیادی مزانشیمی نقش حمایتی دارند و می‌توانند به سلول‌های استخوانی یا چربی تبدیل شوند، اما تابش می‌تواند تمایز آن‌ها را مختل کند.

در فضا، این سلول‌ها نه تنها با تابش، بلکه با میکروگرانش (بی‌وزنی) هم روبرو هستند که پیری سلولی را تسریع می‌کند. تحقیقات نشان داده که در محیط فضایی، سلول‌های بنیادی فعالیت بیشتری نشان می‌دهند، اما این فعالیت منجر به خستگی و کاهش توانایی بازسازی می‌شود.

تاثیر تابش کیهانی بر سلول‌های بنیادی

تابش کیهانی می‌تواند سلول‌های بنیادی را به طرق مختلفی تحت تاثیر قرار دهد. اول، آسیب مستقیم به DNA: پرتوهای پرانرژی مانند نوترون‌ها باعث شکستگی‌های دوگانه در DNA می‌شوند که تعمیر آن‌ها دشوار است. اگر تعمیر اشتباه انجام شود، سلول ممکن است سرطانی شود، مانند لوسمی (سرطان خون) که از سلول‌های بنیادی هماتوپوئتیک آسیب‌دیده ناشی می‌شود.

در مطالعات، دیده شده که سلول‌های بنیادی یخ‌زده حتی روی زمین، در طول ذخیره‌سازی طولانی، از پرتوهای کیهانی زمینی آسیب می‌بینند. این آسیب‌ها باعث کاهش کیفیت سلول‌ها می‌شود، به طوری که پس از ذوب شدن، ویابیلیتی (زنده‌مانی) آن‌ها کم می‌شود. برای مثال، در یک تحقیق، سلول‌های بنیادی عضلانی موش که در شرایط مختلف ذخیره شده بودند، نشان دادند که بدون محافظت از پرتوهای کیهانی زمینی ، DSB بیشتری دارند.

در فضا، تابش طولانی‌مدت و کم‌دوز بدتر از تابش ناگهانی و پر‌دوز است. مدل‌های organ-on-chip که بافت‌های انسانی مانند مغز استخوان، قلب و کبد را شبیه‌سازی می‌کنند، نشان می‌دهند که تابش طولانی‌مدت باعث افزایش سلول‌های میلوئیدی و کاهش پیش‌سازها می‌شود. این تغییر می‌تواند به گرایش به سمت سلول‌های ایمنی خاص منجر شود و خطر بیماری‌های قلبی یا سرطان را افزایش دهد.

علاوه بر این، تابش بر تمایز سلول‌ها تاثیر می‌گذارد. سلول‌های بنیادی مزانشیمی پس از تابش، تمایل کمتری به تبدیل شدن به سلول‌های استخوانی نشان می‌دهند و بیشتر به سمت چربی می‌روند، که می‌تواند پوکی استخوان را در فضانوردان تشدید کند. در تحقیقات حیوانی، دیده شده که تابش سنگین یون‌ها بر سلول‌های بنیادی روده تاثیر می‌گذارد و خطر سرطان روده را بالا می‌برد.

پیری سلولی هم یک تاثیر مهم است. سلول‌های بنیادی در فضا سریع‌تر پیر می‌شوند، DNAشان آسیب می‌بیند و میتوکندری (نیروگاه سلول) مختل می‌شود. این پیری می‌تواند توضیح دهد چرا فضانوردان پس از ماموریت‌های طولانی، مشکلات ایمنی یا عضلانی دارند.

تحقیقات اخیر در مورد آسیب‌های ناشی از تابش

در سال‌های اخیر، دانشمندان مدل‌های پیشرفته‌ای برای مطالعه این تاثیرات توسعه داده‌اند. یکی از آن‌ها، پلتفرم multi-organ-on-chip است که بافت‌های انسانی را در یک سیستم کوچک شبیه‌سازی می‌کند. در این مدل، تابش نوترونی طولانی مدت بر مغز استخوان مهندسی‌شده (eBM) نشان داد که سلول‌های CD34+ (پیش‌سازهای هماتوپوئتیک) کاهش می‌یابند و سلول‌های میلوئیدی افزایش پیدا می‌کنند. این تغییر می‌تواند به افزایش التهاب و آسیب قلبی منجر شود.

تحقیق دیگری روی سلول‌های بنیادی مزانشیمی تمرکز کرده و نشان داده که تابش شبیه‌سازی‌شده مانند X-ray در دوزهای متوسط ۱ تا ۸ گی باعث کاهش تکثیر و افزایش آسیب DNA می‌شود. اما جالب اینجاست که سلول‌های مهندسی‌شده با بیان بیش از حد EGFR (گیرنده فاکتور رشد اپیدرمال) مقاومت بیشتری نشان می‌دهند. این سلول‌ها پس از تابش، تکثیر بهتری دارند و آسیب DNA کمتری متحمل می‌شوند، که می‌تواند راهی برای حفاظت باشد.

در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، تحقیقات واقعی انجام شده. سلول‌های بنیادی انسانی به فضا فرستاده شده و دیده شده که در میکروگرانش، فعالیت ژنتیکی‌شان تغییر می‌کند. برای مثال، ژن‌های مرتبط با پیری و آسیب DNA فعال‌تر می‌شوند. این تحقیقات نشان می‌دهد که تابش کیهانی نه تنها DNA را می‌شکند، بلکه اپی‌ژنتیک (تغییرات غیرژنتیکی) را هم تحت تاثیر قرار می‌دهد، که می‌تواند نسل‌های بعدی سلول‌ها را آسیب بزند.

تحقیقات حیوانی هم مفید بوده. در موش‌ها، تابش GCR باعث افزایش خطر لوسمی می‌شود و سلول‌های بنیادی خون را به سمت تولید سلول‌های سرطانی سوق می‌دهد. این یافته‌ها به درک بهتر ریسک‌های سفرهای فضایی کمک کرده.

دستاوردهای علمی در حفاظت از سلول‌های بنیادی

علم در حال پیشرفت است و دستاوردهای جالبی در حفاظت از سلول‌های بنیادی به دست آمده. یکی از آن‌ها، مهندسی سلول‌ها با mRNA است. در یک مطالعه، سلول‌های بنیادی مزانشیمی با mRNA EGFR مهندسی شدند تا مقاومت‌شان به تابش افزایش یابد. این سلول‌ها پس از دوزهای متوسط X-ray، تکثیر بهتری نشان دادند و آسیب DNA کمتری داشتند. این روش می‌تواند برای فضانوردان مفید باشد، زیرا بدن را برای تحمل تابش آماده می‌کند.

دستاورد دیگر، کشف سلول‌های بنیادی مقاوم به تابش است. در عضلات، نوعی سلول بنیادی یافت شده که به تابش مقاوم است و می‌تواند عضلات را بازسازی کند. این سلول‌ها می‌توانند برای درمان آسیب‌های تابشی استفاده شوند.

در مدل‌های organ-on-chip، دیده شده که محافظت با مواد سنگین یا آب می‌تواند پرتوهای کیهانی زمینی را کاهش دهد. در ذخیره‌سازی سلول‌ها، استفاده از آزمایشگاه‌های زیرزمینی برای جلوگیری از پرتوهای کیهانی زمینی ، آسیب را کم می‌کند. این دستاورد نشان می‌دهد که حتی برای بانک‌های سلول روی زمین، مکان ذخیره‌سازی مهم است.

داروهای محافظ تابش هم پیشرفت کرده‌اند. برخی داروها می‌توانند تعمیر DNA را بهبود بخشند یا التهاب را کاهش دهند. در تحقیقات، ترکیب تابش با میکروگرانش نشان داده که سلول‌های بنیادی می‌توانند با داروهای خاص محافظت شوند.

یکی از دستاوردها، تولید سلول‌های بنیادی در فضا است. در میکروگرانش، سلول‌ها بهتر رشد می‌کنند و ارگان‌های کوچک بهتری تشکیل می‌دهند، که برای مدل‌سازی بیماری‌ها مفید است. این می‌تواند به توسعه درمان‌های جدید کمک کند.

تحقیقات در حال انجام و آینده

تحقیقات فعلی روی ترکیب تابش و میکروگرانش تمرکز دارد. در ISS، پروژه‌هایی در حال اجراست که سلول‌های بنیادی انسانی را در فضا مطالعه می‌کنند. برای مثال، بررسی چگونگی تاثیر تابش بر کروموزوم‌ها و تمایز سلول‌ها.

در زمین، مدل‌های پیشرفته مانند OoC در حال توسعه هستند تا تابش طولانی مدت را شبیه‌سازی کنند. این مدل‌ها می‌توانند داروهای جدید را تست کنند. تحقیقاتی روی سلول درمانی برای فضانوردان در حال انجام است، مانند تزریق سلول‌های مقاوم برای جلوگیری از سرطان یا پوکی استخوان.

آینده امیدوارکننده است. با پیشرفت هوش مصنوعی، می‌توان مدل‌های پیش‌بینی‌کننده ساخت تا ریسک تابش را برای هر فرد تخمین بزنند. همچنین، مواد جدیدی برای سپر فضاپیماها در حال آزمایش است تا تابش را کاهش دهد.

در نهایت، این تحقیقات نه تنها برای فضا، بلکه برای درمان‌های تابشی روی زمین مفید است، مانند رادیوتراپی سرطان.

نتیجه‌گیری

تابش کیهانی تهدیدی جدی برای سلول‌های بنیادی است، اما علم در حال مقابله با آن است. از آسیب DNA تا پیری سریع، تاثیرات متنوع هستند، اما دستاوردهایی مانند مهندسی سلول‌ها و مدل‌های پیشرفته، راه‌حل‌هایی ارائه می‌دهند. با ادامه تحقیقات، سفرهای فضایی ایمن‌تر خواهند شد. این موضوع نشان می‌دهد که چگونه چالش‌های فضا، پیشرفت‌های زمینی را به همراه دارد.

پایان مطلب./