Station Science 101: Investigación cardiovascular en la estación

21 de marzo de 2024

Las actividades físicas diarias mantienen saludable el sistema cardiovascular. El sistema cardiovascular humano, que incluye el corazón y los vasos sanguíneos, ha evolucionado para funcionar bajo la gravedad de la Tierra. Cuando los astronautas viajan al espacio, sus cuerpos comienzan a adaptarse a la microgravedad de su nave espacial. La sangre y otros fluidos corporales que antes eran arrastrados hacia abajo por la gravedad ahora se mueven hacia la cabeza, por lo que el sistema cardiovascular no tiene que trabajar tan duro para mantener el flujo sanguíneo al cerebro. Esta adaptación a la ingravidez puede provocar una reducción del volumen sanguíneo y de la función del corazón y los vasos sanguíneos.

Cuando los astronautas regresan a la Tierra, la gravedad vuelve a empujar sus fluidos corporales hacia abajo. El sistema cardiovascular ahora tiene el desafío de regular la presión arterial, lo que hace que algunos astronautas se sientan débiles, mareados o desmayados cuando se ponen de pie inmediatamente después de su llegada a la Tierra. Estos síntomas pueden durar unos días hasta que se acostumbren a pasar tiempo nuevamente en la gravedad de la Tierra.

Lo que aprendemos a bordo de la estación espacial tiene importantes aplicaciones en la Tierra. Muchos de los cambios observados en el espacio se parecen a los causados ​​por el envejecimiento en la Tierra. A medida que envejecemos, especialmente si no nos mantenemos físicamente activos, la eficiencia del corazón y los vasos sanguíneos para mantener la presión arterial mientras estamos de pie puede disminuir y algunas personas pueden desarrollar enfermedades cardíacas. Dado que pasar tiempo en el espacio afecta al corazón y al sistema circulatorio, la investigación en la estación espacial analiza estos efectos tanto a corto como a largo plazo. La investigación tiene como objetivo desarrollar y probar contramedidas a las adaptaciones cardiovasculares de los vuelos espaciales para beneficiar tanto a los astronautas como a las personas en tierra.

A continuación se muestran algunos ejemplos de estudios realizados en la estación relacionados con la investigación cardiovascular.

Monitorear el cambio de fluidos

Usando tecnología de ultrasonido 3D, Vascular Echo, una investigación de la CSA (Agencia Espacial Canadiense), examinó los cambios en los vasos sanguíneos y los corazones de los miembros de la tripulación en el espacio y siguió su recuperación al regresar a la Tierra. Las imágenes en 3D de los vasos sanguíneos que utilizan ultrasonidos muestran más detalles que las imágenes en 2D, al igual que un modelo de automóvil es una mejor representación que una imagen plana de ese automóvil. Los astronautas utilizaron una sonda de ultrasonido motorizada para escanear partes cruciales del cuerpo. Mientras tanto, en tierra, los científicos podrían ajustar el ángulo del haz de ultrasonido emitido por la sonda para recopilar la mejor imagen posible. El uso de esta tecnología permitió a los equipos realizar exploraciones de alta calidad aunque no sean necesariamente ecografistas expertos.¹

Una investigación llamada Cambios de fluidos demostró cuánto líquido, incluidas agua y sangre, se mueve desde la parte inferior del cuerpo hasta la parte superior del cuerpo en el espacio. El estudio también evaluó el impacto que tienen estos cambios en la estructura y función de los ojos y el cerebro. Los resultados mostraron que varias mediciones de los fluidos corporales que se desplazaban hacia la parte superior del cuerpo se elevaron durante los vuelos espaciales, pero se redujeron a niveles previos al vuelo cuando se utilizaron métodos para revertir estos desplazamientos de fluidos.²

Cultivo de células madre

Una investigación completada en 2018, Miocitos cardíacos examinó cómo las células madre se diferencian en células cardíacas especializadas (miocitos cardíacos). El experimento evaluó la maduración celular en microgravedad y probó la capacidad de las células para reparar tejidos cardíacos dañados. Este estudio avanza en el desarrollo de posibles terapias regenerativas tanto para astronautas como para pacientes en la Tierra.

Experimentos posteriores aprovecharon los efectos de la microgravedad sobre el comportamiento y el crecimiento celular para crear herramientas para futuras investigaciones, modelar enfermedades y probar posibles tratamientos para el daño cardíaco. MVP Celda-03 examinaron si la microgravedad aumentaba la producción de células cardíacas a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC). Las células pluripotentes han comenzado a diferenciarse, lo que las hace más especializadas que las células madre, pero conservan la capacidad de convertirse en múltiples tipos de células. Cualquier aumento observado en la producción de células cardíacas podría hacer posible el uso de células cultivadas para ayudar a tratar anomalías cardíacas inducidas por los vuelos espaciales y crear terapias personalizadas para reponer las células cardíacas dañadas o perdidas debido a enfermedades en la Tierra. Proyecto ÁGUILA, En un experimento relacionado, se cultivan cultivos tridimensionales de células cardíacas en microgravedad y podría proporcionar un modelo de tejido cardíaco que imite las enfermedades cardíacas y evalúe posibles terapias farmacológicas.

Pequeños dispositivos parecidos a órganos

Muchos estudios a bordo de la estación espacial utilizan chips de tejido, pequeños dispositivos que imitan funciones de órganos humanos. Estas herramientas incluyen cultivos 3D de tipos de células específicos, tejidos diseñados para reproducir características celulares específicas, así como estructuras 3D creadas a partir de muchos tipos de células diferentes en un órgano particular como el corazón. Estos sustitutos de corazones reales permiten nuevos tipos de investigación y pruebas de fármacos.

Tejidos cardíacos diseñados (EHT) utilizaron tejidos tridimensionales derivados de hiPSC para estudiar la función cardíaca en microgravedad. Un sensor magnético debajo de la cámara de cultivo permitió un análisis no destructivo en tiempo real del rendimiento funcional y la maduración de los tejidos en el espacio. Tejidos cardíacos diseñados-2 se basa en su predecesor y utiliza cultivos 3D de tejido del músculo cardíaco para probar terapias que pueden prevenir estos cambios.

Corazón Cardenalun estudio que utilizó tejidos cardíacos diseñados para comprender los efectos del cambio en la fuerza gravitacional en las células cardiovasculares, confirmó que la exposición a la microgravedad provoca cambios significativos en la función de las células cardíacas y la expresión genética que podrían provocar daños.³ Corazón Cardenal 2.0 llevó esta investigación al siguiente nivel. Utilizó un organoide de corazón latiente que contiene diferentes tipos de células cardíacas derivadas de células madre para probar si ciertos medicamentos pueden reducir o prevenir los cambios inducidos por la microgravedad. El uso de chips de tejido para probar nuevos fármacos podría ayudar a reducir la necesidad de realizar estudios en animales antes de los ensayos clínicos en humanos, acortando potencialmente el tiempo entre el descubrimiento de un fármaco candidato y su uso clínico.

Andrea Lloyd
Equipo de comunicaciones de investigación de la Estación Espacial Internacional
Centro espacial Johnson

Buscaresta base de datosde experimentos científicos para aprender más sobre los mencionados anteriormente.

Citas

1. Patterson C, Greaves DK, Robertson AD, Hughson RL, Arbeille P. Ultrasonido 3D motorizado y medición de la dimensión de la vena yugular en la Estación Espacial Internacional. Medicina Aeroespacial y Desempeño Humano. 2023 1 de junio; 94(6): 466-469. DOI:10.3357/AMHP.6219.2023.PMID: 37194183
2. Arbeille P, Zuj KA, Macías BR, Ebert DJ, Laurie SS, Sargsyan AE, Martin DS, Lee SM, Dulchavsky SA, Stenger MB, Hargens AR. La presión negativa de la parte inferior del cuerpo reduce los volúmenes de la vena yugular y porta y contrarresta la elevación de la velocidad de la vena cerebral durante los vuelos espaciales de larga duración. Revista de fisiología aplicada. 2021 septiembre; 131(3): 1080-1087. DOI:10.1152/japplphysiol.00231.2021.PMID: 34323592.
3. Wnorowski, A., Sharma, A., Chen, H., Wu, H., Shao, N.-Y., Sayed, N., Liu, C., Countryman, S., Stodieck, LS, Rubins, KH , Wu, SM, Lee, PHU y Wu, JC (2019). Efectos de los vuelos espaciales sobre la estructura y función de los cardiomiocitos derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos. Informes de células madre, 13(6), 960–969. https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2019.10.006