Los vuelos espaciales aceleran el envejecimiento de las células madre y progenitoras hematopoyéticas humanas (HSPC), que son vitales para la salud de la sangre y el sistema inmunitario, según afirman investigadores del Instituto de Células Madre Sanford de la Universidad de California en San Diego (Estados Unidos).
En profundidad
En el estudio publicado en 'Cell Stem Cell', el equipo utilizó sistemas automatizados de nanobiorreactores de seguimiento de células madre impulsados por inteligencia artificial (IA) en cuatro misiones de Servicios de Reabastecimiento Comercial de SpaceX a la Estación Espacial Internacional (ISS) para rastrear los cambios en las células madre en tiempo real.
Los hallazgos muestran que las células perdieron parte de su capacidad para producir nuevas células sanas, se volvieron más propensas al daño del ADN y mostraron signos de envejecimiento más rápido en los extremos de sus cromosomas después del vuelo espacial, todos signos de envejecimiento acelerado.
"El espacio es la prueba de estrés definitiva para el cuerpo humano", resalta la doctora Catriona Jamieson, directora del Instituto de Células Madre de Sanford y profesora de Medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego. "Estos hallazgos son cruciales porque demuestran que los factores estresantes del espacio, como la microgravedad y la radiación cósmica galáctica, pueden acelerar el envejecimiento molecular de las células madre sanguíneas. Comprender estos cambios no solo nos ayuda a proteger a los astronautas durante misiones de larga duración, sino que también nos ayuda a modelar el envejecimiento humano y enfermedades como el cáncer aquí en la Tierra. Este conocimiento es esencial ahora que entramos en una nueva era de viajes espaciales comerciales e investigación en órbita terrestre baja".
Estudios previos de la NASA han demostrado que los vuelos espaciales pueden afectar la función inmunitaria y la longitud de los telómeros. Uno de estos estudios, el Estudio de Gemelos de la NASA, fue un experimento histórico de un año de duración (2015-2016) en el que el astronauta Scott Kelly pasó 340 días a bordo de la EEI mientras su gemelo idéntico, Mark Kelly, permaneció en la Tierra. El estudio rastreó cambios en la genética, la fisiología, la cognición y el microbioma, y encontró expresión génica alterada, cambios en la longitud de los telómeros y cambios en el microbioma intestinal.
Sin embargo, muchos de estos cambios se revirtieron o volvieron a la normalidad después del regreso del astronauta Kelly a la Tierra. El estudio identificó algunos cambios persistentes, como un mayor número de telómeros cortos y alteraciones en la expresión génica, que podrían ser relevantes para misiones espaciales más largas.
Este nuevo estudio se basa en los hallazgos del Estudio de los Gemelos y en el trabajo fundamental del grupo Space Omics and Medical Atlas, que publicó 44 artículos científicos sobre medicina aeroespacial y biología espacial en 'Nature'. Al centrarse específicamente en las células madre hematopoyéticas (HSPC), el estudio proporcionó una visión detallada del mecanismo por el cual el espacio desencadena el envejecimiento molecular, algo que el Estudio de los Gemelos insinuó, pero no pudo explorar completamente a nivel celular.
Más detalles
Para llevar a cabo el estudio, los investigadores, incluido Space Tango, desarrollaron una novedosa plataforma de "nanobiorreactor": sistemas de biosensores 3D miniaturizados que permitieron cultivar células madre humanas en el espacio y monitorearlas con herramientas de imágenes impulsadas por IA.
Según el trabajo, las células madre hematopoyéticas humanas expuestas a vuelos espaciales de 32 a 45 días mostraron características distintivas del envejecimiento. Los investigadores observaron que los vuelos espaciales desencadenan una serie de cambios en las células madre hematopoyéticas que se asemejan mucho a lo que les sucede a estas células con la edad. Las células se volvieron más activas de lo normal, agotando sus reservas y perdiendo la capacidad de descansar y recuperarse, una característica clave que permite que las células madre se regeneren con el tiempo. Su capacidad para producir nuevas células sanas disminuyó, mientras que los signos de desgaste molecular, como daños en el ADN y extremos cromosómicos más cortos (telómeros), se hicieron más pronunciados.
Por otra parte, las células también mostraron signos de inflamación y estrés en sus mitocondrias (las productoras de energía de la célula) y comenzaron a activar secciones ocultas del genoma que normalmente permanecen inactivas para mantener la estabilidad. Estas respuestas al estrés pueden afectar la función inmunitaria y aumentar el riesgo de enfermedades.
A tener en cuenta
Cabe destacar que cuando estas células expuestas al espacio se colocaron posteriormente en un ambiente joven y saludable, parte del daño comenzó a revertirse, lo que sugiere que podría ser posible rejuvenecer las células envejecidas con las intervenciones adecuadas.
Estos hallazgos tienen implicaciones no solo para la salud de los astronautas, sino también para comprender los mecanismos del envejecimiento y las enfermedades relacionadas con la edad, como el cáncer, en la Tierra. Los expertos subrayan la necesidad de nuevas contramedidas para proteger la función de las células madre durante misiones espaciales prolongadas y respaldan el desarrollo de marcadores biológicos para detectar precozmente el envejecimiento inducido por el estrés.
El equipo de investigación planea ampliar este trabajo con misiones adicionales a la EEI y estudios con astronautas, centrándose en la monitorización en tiempo real de cambios moleculares y posibles contramedidas farmacéuticas o genéticas para proteger la salud humana en el espacio y más allá. Hasta la fecha, el SSCI ha realizado 16 misiones a la EEI.