Microgravidade na ISS enfraquece tecido cardíaco, mostra experimento da Johns Hopkins University e da NASA

Passar longos períodos no espaço já é reconhecidamente algo que cobra um preço do corpo humano.

Há anos, a NASA e outras agências espaciais investigam, a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS), como a microgravidade afeta humanos, animais e plantas.

Até aqui, os estudos indicam que a permanência prolongada no espaço pode causar atrofia muscular, perda de densidade óssea, alterações na visão, mudanças na expressão genética e problemas psicológicos.

Com as metas futuras de exploração espacial - que incluem missões de longa duração para a Lua, Marte e além - compreender esses efeitos e saber como reduzi-los é fundamental.

Ainda assim, um experimento recente conduzido por investigadores da Universidade Johns Hopkins, com apoio do Centro Espacial Johnson da NASA, sugere que o tecido do coração também “realmente não se sai bem no espaço”.

Microgravidade na ISS e o que ela pode causar no coração

O trabalho enviou 48 amostras de tecido cardíaco humano bioengenheirado para a ISS, onde permaneceram por 30 dias.

Segundo os autores descrevem no artigo, a exposição à microgravidade diminuiu a força do tecido cardíaco e prejudicou a capacidade de sustentar batimentos rítmicos. Os resultados apontam que serão necessárias medidas adicionais para que pessoas consigam manter a saúde cardiovascular durante estadias no espaço.

A investigação foi liderada por Deok-Ho Kim e colegas do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade Johns Hopkins (BME-JHU) e do Centro de Sistemas Microfisiológicos da JHU.

O grupo também contou com investigadores do Departamento Ann e HJ Smead de Ciências de Engenharia Aeroespacial da Universidade do Colorado em Boulder, do Instituto de Células-Tronco e Medicina Regenerativa (ISCRM) e do Centro de Biologia Cardiovascular da Universidade de Washington, do Instituto de Células-Tronco e Medicina Regenerativa de Stanford, da BioServe Tecnologias Espaciais e do Centro Espacial Johnson da NASA.

O artigo com os achados foi publicado ontem (23 de setembro) nos Anais da Academia Nacional de Ciências.

Plataforma “coração-em-um-chip”: como o experimento foi feito

Pesquisas anteriores já mostravam que astronautas que regressam à Terra após missões na ISS apresentam vários efeitos na saúde semelhantes a certas condições associadas ao envelhecimento, como redução da função do músculo cardíaco e batimentos irregulares (arritmias) - e que a maior parte disso tende a diminuir com o tempo.

O que não vinha sendo esclarecido, porém, era o que ocorre no nível celular e molecular. Para aprofundar a compreensão desses efeitos e de como mitigá-los, Kim e a equipa enviaram à ISS uma plataforma automatizada de “coração-em-um-chip” para observação.

Para montar a carga útil, os investigadores utilizaram células-tronco pluripotentes induzidas humanas (iPSCs), capazes de se diferenciar em muitos tipos celulares, a fim de produzir cardiomiócitos (células do músculo cardíaco). Em seguida, os tecidos formados foram colocados num chip miniaturizado de tecido bioengenheirado, concebido para reproduzir o ambiente de um coração humano adulto.

Os chips passaram a recolher dados sobre a contração rítmica dos tecidos, simulando a forma como o coração bate. Um conjunto de biochips foi lançado para a ISS na missão SpaceX CRS-20, em março de 2020, enquanto outro permaneceu na Terra como grupo de controlo.

Já na ISS, a astronauta Jessica Meir acompanhou o ensaio, substituindo uma vez por semana os nutrientes líquidos ao redor dos tecidos e preservando amostras em momentos específicos. Isso permitiu que, após o regresso à Terra, fossem realizadas análises de leitura genética e de imagem.

Em paralelo, o experimento transmitiu dados em tempo real para a Terra a cada 30 minutos (durante 10 segundos por vez) sobre as contrações dos tecidos e sobre quaisquer padrões de batimento irregular (arritmias).

“Uma quantidade incrível de tecnologia de ponta nas áreas de engenharia de células-tronco e de tecidos, biossensores e bioeletrónica e microfabricação foi necessária para garantir a viabilidade desses tecidos no espaço”, afirmou Kim num comunicado recente do Hub.

O que os tecidos cardíacos mostraram após 30 dias

Quando as câmaras com os tecidos regressaram à Terra, Kim e os colegas mantiveram as amostras e continuaram a recolher dados para verificar se havia mudanças na capacidade de contração. Além da perda de força, os tecidos musculares desenvolveram arritmias, em linha com condições cardíacas relacionadas ao envelhecimento.

Num coração humano saudável, o intervalo entre batimentos é de cerca de um segundo. Nas amostras de tecido, esse intervalo chegou a ficar quase cinco vezes maior - embora, depois de voltarem à Terra, tenha regressado a valores próximos do normal.

A equipa também observou que os feixes proteicos das células que permitem a contração (sarcómeros) estavam mais curtos e mais desorganizados do que os do grupo de controlo, um sinal adicional compatível com doença cardíaca.

Além disso, as mitocôndrias nas amostras de tecido aumentaram de tamanho, tornaram-se mais arredondadas e perderam as dobras características que ajudam a produzir e a utilizar energia.

Por fim, a leitura genética dos tecidos indicou aumento na produção de genes ligados à inflamação e um desequilíbrio entre radicais livres e antioxidantes (stress oxidativo).

Isso não só é consistente com doença cardíaca associada ao envelhecimento, como também aparece de forma recorrente em avaliações pós-voo de astronautas. Segundo a equipa, os resultados ampliam o conhecimento científico sobre os potenciais efeitos da microgravidade na saúde humana no espaço e podem, ainda, impulsionar o estudo do envelhecimento do músculo cardíaco e de terapias na Terra.

Próximos passos: testes com fármacos e radiação espacial

Em 2023, o laboratório de Kim deu sequência ao trabalho e enviou um segundo lote de amostras de tecido para a ISS, com o objetivo de testar medicamentos que possam proteger o músculo cardíaco dos efeitos da microgravidade e ajudar as pessoas a manter a função do coração à medida que envelhecem.

Ao mesmo tempo, a equipa continua a aperfeiçoar o sistema de tecido-em-um-chip e passou a colaborar com o Laboratório de Radiação Espacial da NASA para estudar como a radiação espacial afeta os músculos do coração.

Esses testes vão avaliar o risco que raios solares e cósmicos representam para a saúde cardiovascular para além da órbita baixa da Terra (LEO), onde o campo magnético do planeta protege contra a maior parte da radiação espacial.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.