Існує вагома причина, чому астронавти не залишаються на Міжнародній космічній станції (МКС) більше шести місяців: мікрогравітація негативно впливає на людський організм. Зокрема, вона може сплющити очні яблука і спричинити набряк пальців та обличчя, викликаючи сильні головні болі через те, як кров, органи та клітини реагують на незвичні умови.
Проте саме космос може стати ідеальним місцем для вивчення раку — і, можливо, навіть для його лікування в майбутньому.
Цього року пухлини, вирощені в лабораторіях на Землі, вирушать на МКС у рамках першого дослідницького проекту, який використовує штучні органи для тестування на рак в космосі. Вчені з Університету Вейк Форест працюють над розробкою тестів для виявлення раку, які будуть швидшими та чутливішими. Проте більша значущість їхнього експерименту полягає в тому, що він слугує пробною можливістю для низки інших біомедицинських проектів, запланованих для умов низької гравітації, які сприяють росту клітин.
«Мікрогравітація є акселератором умов. Кожна хвороба, кожен фенотип — все, що ми хочемо вивчити, може відбуватися швидше за коротший час», — зазначив Давиде Маротта, директор програми In-Space Biomanufacturing в Національній лабораторії МКС. — «Замість того, щоб чекати 10 місяців, можна піднятися [в космос] за 10 днів» для спостереження за тими ж біологічними ефектами.
На Землі гравітація уповільнює розвиток раку, оскільки клітини зазвичай повинні бути прикріплені до поверхні для нормальної функції та росту. Але в космосі кластери ракових клітин можуть розширюватися у всі напрямки, схоже на бульбашки, як у дріжджів або винограду, пояснює Шей Сокер, начальник наукової програми Інституту регенеративної медицини Університету Вейк Форест.
Оскільки бульбашки ростуть більшими і швидшими в космосі, дослідникам легше тестувати речовини, які прилипають до країв більших бульбашок. Вчені з Університету Нотр-Дам використовують цю особливість для розробки тесту на рак, який потребує лише одну краплю крові. Це дослідження базується на серії експериментів зі утворення бульбашок, які вже проводилися на МКС.
«Якщо скринінг на рак за допомогою нашої бульбашкової технології в космосі стане доступним та дешевим, можна буде скринінгувати багато більше видів раку, і всі зможуть скористатися цим», — зазначив Тенгфей Луо, дослідник з Нотр-Дам, який впровадив цю технологію, в розмові з журналом МКС, Upward. — «Це можливо буде інтегрувати в щорічні медогляди. Це звучить неймовірно, але це досяжно.»
Заходи для захисту астронавтів від ризиків здоров’я під час космічних польотів також є ключовим пріоритетом для біомедичних дослідників, які співпрацюють з NASA. На МКС та під час інших космічних місій астронавти не тільки стикаються з усіма фізіологічними змінами, пов’язаними з мікрогравітацією, але і з небезпеками космічної радіації, яка може викликати мутації ДНК у клітинах людини.
Астронавт Френк Рубіо встановив рекорд NASA за найдовший безперервний час перебування в космосі — 371 день, а російський космонавт Валерій Поляков має загальний рекорд з 437 послідовних днів. Це була його добровільна місія, щоб довести, що люди можуть вижити під час подорожі на Марс і назад. Проте загальне правило NASA — мінімізувати час астронавтів в орбіті, щоб зменшити ризики для здоров’я.
«Коли астронавти повертаються на Землю, їм важко просто пересуватися», — повідомив Бен Соарес, який вивчає космічну медицину в Бостонському університеті. — «Навіть сидіння на стільці вимагає зусиль мускулів. Все просто руйнується, коли ти це не використовуєш.»
Дослідження близнюків-астронавтів Скотта та Марк Келлі показало, що Скотт старів швидше, ніж його брат, який залишався на Землі, поки Скотт був у космосі. Мікрогравітація також змінила генетичний код Скотта, включаючи або вимикаючи певні гени.
Ризики раку, ймовірно, вищі для астронавтів не тільки через радіацію, яка може викликати мутації в ДНК. Мембрани клітин підтримуються маленькими білками, званими мікротрубочками, які допомагають підтримувати жорсткість клітини, але коли змінюється гравітаційна сила — навіть якщо гравітація на МКС на 10% слабша, ніж на Землі — структура клітини також змінюється.
На Землі мікротрубочки забезпечують поділ хромосом у кліті. Але мікрогравітація спотворює мікротрубочки, що може призвести до аномального клітинного поділу, збільшуючи ймовірність розвитку раку.
«Ви можете думати, що [астронавти] просто плавають у космосі, але всі ці мікротрубочки та великі деформації зовнішніх мембран швидко змінюються при впливі мікрогравітації», — сказав Соарес. — «Люди все більше запитують, чи відбуваються зміни на генетичному рівні.»
Однак ці генетичні ефекти також створюють унікальні можливості для дослідників, які шукають нові діагностичні тести та методи лікування. Наприклад, якщо вчені зможуть визначити, які гени вимкнені в умовах мікрогравітації, вони можуть активувати їх або деактивувати штучно для ракових пацієнтів на Землі.
Фармацевтичні дослідження також можуть отримати вигоду. У космосі фармацевтичні компанії могли б суттєво прискорити процес розгляду та тестування ліків, що зазвичай триває багато років до того, як Адміністрація харчових продуктів і медикаментів схвалить лікування. Зі зниженням витрат на тестування в космосі, це може стати ключовим способом швидко оцінити всі види медикаментів, не витрачаючи років на очікування, щоб побачити, як вони діють на різноманітних групах населення, вважає Маротта з Національної лабораторії МКС.
«У кожної людини різна реакція на той самий препарат», — зазначив Маротта. — «У нас є резистентність до лікарських засобів, невдалі терапії тощо. Тим часом витрати на космічні дослідження будуть все нижчими в майбутньому.»
Пацієнти, які проходять хіміотерапію, можуть також заощадити час. У звичайних умовах вони зазвичай повинні провести півгодини підключеними до голки, перш ніж ліки почнуть діяти, оскільки більшість препаратів не розчиняються легко у воді. Але вчені з Merck виявили, що в космосі їхній широко використовуваний препарат для лікування раку пембролізумаб (або Keytruda) можна вводити простим уколом, оскільки великі кристалічні молекули, які зазвичай злипаються, у мікрогравітації перебувають у підвішеному стані.
Поки що Merck не змогла знайти способу вводити свій препарат через ін’єкцію на Землі. Аналогічно, кров’яний тест, розроблений дослідниками з Нотр-Дам, працює лише в космосі, без можливості ефективно симулювати низьку гравітацію тут на Землі.
Ці обмеження ставлять питання про те, чи могли б пацієнти зрештою отримувати лікування в космосі, щоб скористатися перевагами нижчої гравітації. Це не зовсім неймовірна ідея, за словами Сокера, хоча він визнав, що наразі це надзвичайно витратно. Наразі на МКС лише сім астронавтів, а SpaceX начебто стягує з космічних туристів приблизно 55 мільйонів доларів за триденну до восьмиденної поїздки в низьку орбіту Землі. Сподіваємося, що ці витрати значно знизяться в майбутньому.
Наступним великим кроком, за словами Сокера, стане орбітальна станція, присвячена дослідженням лікувань для раку та інших тяжких захворювань. «Можливо, ми зможемо визначити, які пацієнти отримають користь від космічного середовища», — додає він. — «Якщо ви збираєтеся вкласти кілька мільйонів доларів [в лікування раку], вам потрібно бути впевненим, що це дійсно допоможе.»
Коли-небудь мікрогравітація може навіть допомогти пацієнтам, які відновлюються після операцій, зажити швидше, ніж на Землі, додав Сокер. — «Загоєння ран у високому тиску відбувається швидше. Це гіпербарична терапія для ран.»
Перед тим як вони зможуть мріяти про нове покоління орбітальних лабораторій, дослідники відчувають тиск, щоб використати до максимуму ту, що в них уже є — хоча зможуть використовувати його не так довго. МКС планують зруйнувати в 2031 році, після більш ніж тридцяти років в орбіті, даючи науковцям всього кілька додаткових років для проведення тестів в надії на медичні прориви. «Вона завершила свій термін служби», — каже Сокер.
Ключовим завданням наразі, за його словами, є те, щоб команди, подібні до його, надали практичні результати досліджень, які можуть відкрити фінансування для наступного етапу біомедичних досліджень у космосі. Дослідники вже отримали вигоду від нещодавнього зростання підтримки завдяки Ініціативі “Місяць раку” уряду США, яка спрямовує кошти на дослідження методів допомоги пацієнтам на Землі та астронавтам.
Для експерименту Університету Вейк Форест, запланованого до запуску наступної весни, вчені виріжуть дві ділянки ракової пухлини приблизно у 20 пацієнтів. Один зразок залишиться на Землі, а інший вирушить на МКС, причому вчені спостерігатим за відмінностями. Тестування завершиться протягом тижня, щоб уникнути впливу космічної радіації.
Якщо дослідження буде вдалим, Сокер зазначив, це може прокласти шлях до діагностичних тестів на рак у космосі, доступних для широкого населення — можливо на біомедичній космічній станції, яку можна буде запустити після запланованого знищення МКС.
«Чи можемо ми справді спроектувати особливу космічну станцію для раку і, можливо, інших захворювань?» — запитав Сокер, самостійно відповідаючи ствердно. — «Фармацевтичні компанії, які мають значні кошти, безумовно, підтримали б цю програму.»