Volar al espacio es un sueño para muchos, pero también conlleva muchos riesgos y problemas. Y mantenerse sano es uno de los principales problemas. Sabemos desde hace tiempo que la atrofia muscular es un problema para los astronautas, pero ahora los investigadores han demostrado que el simple hecho de estar en el espacio exterior puede hacer que los músculos “envejezcan”.
Pero también hay buenas noticias: conocemos los genes responsables de esto.
Músculos en un chip, ahora en el espacio
El músculo esquelético constituye alrededor del 40% del peso corporal humano y desempeña un papel crucial en el movimiento y la estabilidad. Estos músculos se regeneran constantemente, un proceso impulsado principalmente por células satélite, un tipo de célula madre muscular que se activa en caso de lesión o enfermedad. Estas células se fusionan para formar nuevas fibras musculares, un proceso esencial para la reparación y el crecimiento muscular. Sin embargo, la exposición a la microgravedad, como la que se experimenta durante los viajes espaciales, dificulta significativamente esta capacidad regenerativa. Básicamente, los investigadores descubrieron que las células humanas enviadas al espacio experimentan algo parecido a un envejecimiento acelerado.
Para investigar los desafíos que plantea la microgravedad (lo que la mayoría de la gente llamaría la ingravidez que se experimenta en el espacio), los científicos han desarrollado una plataforma de músculo en un chip. Esta tecnología implica la creación de tejido muscular humano diseñado en un dispositivo a microescala que puede simular la función y la regeneración muscular. En este estudio, primero se cultivaron células musculares esqueléticas humanas en un entorno ideal.
Lo que vemos en los astronautas coincide con lo que vemos en las células
Las estructuras musculares diseñadas se enviaron luego al Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional (ISSNL) para estudiar los efectos de la microgravedad. Estos dispositivos de músculo en un chip se alojaron en biorreactores hechos a medida que mantuvieron condiciones óptimas para el crecimiento celular durante los viajes espaciales y los experimentos.
Después de siete días en microgravedad, las estructuras de músculo en un chip mostraron cambios significativos en comparación con las que se mantuvieron en condiciones de gravedad normal en la Tierra. En primer lugar, hubo un cambio metabólico hacia el metabolismo de lípidos y ácidos grasos en las muestras de microgravedad. Además, hubo un aumento en la expresión de algunos genes. Esto llevó a una mayor tasa de muerte celular programada, lo que afecta negativamente a la regeneración muscular.
Otro hallazgo notable fue que la microgravedad induce estrés mitocondrial. El funcionamiento mitocondrial adecuado es esencial para la regeneración muscular, ya que respalda las necesidades energéticas de reparación y formación de nuevas fibras musculares. Este estrés también conduce a una capacidad regenerativa reducida.
Lo que vemos en los astronautas coincide con lo que vemos en las células
Las estructuras musculares diseñadas se enviaron luego al Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional (ISSNL) para estudiar los efectos de la microgravedad. Estos dispositivos de músculo en un chip se alojaron en biorreactores hechos a medida que mantuvieron condiciones óptimas para el crecimiento celular durante los viajes espaciales y los experimentos.
Después de siete días en microgravedad, las estructuras de músculo en un chip mostraron cambios significativos en comparación con las que se mantuvieron en condiciones de gravedad normal en la Tierra. En primer lugar, hubo un cambio metabólico hacia el metabolismo de lípidos y ácidos grasos en las muestras de microgravedad. Además, hubo un aumento en la expresión de algunos genes. Esto llevó a una mayor tasa de muerte celular programada, lo que afecta negativamente a la regeneración muscular.
Otro hallazgo notable fue que la microgravedad induce estrés mitocondrial. El funcionamiento mitocondrial adecuado es esencial para la regeneración muscular, ya que respalda las necesidades energéticas de reparación y formación de nuevas fibras musculares. Este estrés también conduce a una capacidad regenerativa reducida. En general, el estudio concluyó que las estructuras de músculo en un chip expuestas a la microgravedad mostraban similitudes con la sarcopenia, una afección de pérdida muscular relacionada con la edad.
La mayor parte de nuestra información sobre lo que le sucede al cuerpo humano en el espacio exterior proviene de, bueno, cuerpos humanos. Los astronautas que van en misiones son investigados a fondo, lo que muestra una degradación muscular asociada con los entornos de microgravedad. Esta degradación también se confirmó en estudios sobre animales enviados al espacio. Esta nueva investigación confirma aún más los hallazgos, ahora a nivel celular. Pero hay más.
Un método prometedor
La plataforma de músculo en un chip también ofrece una vía prometedora para la detección de fármacos que contrarresten los efectos adversos de la microgravedad. En este estudio, se probaron dos fármacos: el factor de crecimiento similar a la insulina-1 (IGF-1) y un inhibidor de la 15-hidroxiprostaglandina deshidrogenasa (15-PGDH-i). Ambos fármacos han demostrado potencial para promover el crecimiento y la regeneración muscular.
La adición de estos fármacos a las estructuras musculares expuestas a la microgravedad inhibió parcialmente los efectos negativos de la microgravedad. En concreto, el IGF-1 y el 15-PGDH-i ayudaron a mantener niveles normales de expresión génica asociados a la regeneración muscular, el metabolismo lipídico y las vías de supervivencia celular. Este hallazgo sugiere que estos fármacos podrían mitigar los efectos perjudiciales de la microgravedad en el tejido muscular.
Por tanto, además de confirmar un problema y sugerir algunas soluciones, los investigadores también demostraron los beneficios de este marco de músculo en un chip para afecciones de tipo sarcopenia. Al replicar el entorno muscular en una plataforma controlada y escalable, los investigadores pueden obtener conocimientos más profundos sobre la biología muscular y desarrollar terapias específicas.
En cuanto a los astronautas, las implicaciones de este estudio son profundas. El modelado exitoso de condiciones similares a la sarcopenia utilizando tecnología de músculo en un chip en el espacio subraya el potencial para la investigación avanzada y el análisis de fármacos en microgravedad. Y necesitamos absolutamente mejores soluciones para mantener sus músculos fuertes. ¿Quién sabe? Si tenemos suerte, las mismas soluciones que mantienen a los astronautas en movimiento podrían traducirse en avances médicos que pueden beneficiar a millones de personas que sufren degeneración muscular aquí en la Tierra.
Referencia de la revista: Kim, S., Ayan, B., Shayan, M., Rando, T.A., Huang, N.F. (2024). Skeletal muscle-on-a-chip in microgravity as a platform for regeneration modeling and drug screening. Stem Cell Reports. doi:10.1016/j.stemcr.2024.06.010
Fuente: ZME Science.
