На Земле и на орбите

Ученые Сеченовского университета приступили к финальному этапу космического эксперимента МСК-2, который с 27 ноября по 9 декабря проходит на борту российского сегмента Международной космической станции. Этот запуск станет заключительным в шестилетней исследовательской программе по изучению влияния микрогравитации на клетки и ткани человека — программе, которая началась в 2019 году и стала одним из самых продолжительных российских биомедицинских проектов на орбите. Исследования ведутся в рамках программы «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Освоение дальнего космоса — уже давно не мечта писателей-фантастов, а технологическая задача, решение которой требует не только создания ракет, навигационных систем и другого продвинутого оборудования, но и новых знаний о человеческом организме. Микрогравитация влияет на все его системы, включая опорно-двигательную. В условиях невесомости хрящевая ткань теряет механическую нагрузку, ее метаболизм снижается, запускаются процессы деградации. Эти изменения уже фиксировались у космонавтов в длительных миссиях на низкой околоземной орбите, но для полетов за ее пределы, например на Марс, масштабы рисков остаются малоизученными.

Проводить подобные эксперименты на человеке невозможно ни технически, ни этически. Поэтому ученые создают упрощенные модели тканей из собственных клеток человека и выращивают их в биореакторах, которые воспроизводят ключевые физиологические условия. В космосе такие модели особенно ценны: микрогравитация позволяет исследовать процессы, которые на Земле либо идут значительно медленнее, либо полностью скрыты за влиянием гравитации.

МСК-2: от идеи до орбиты

Для решения этих задач специалисты Сеченовского университета и предприятия «БиоТехСис» разработали биореактор МСК-2 — компактную систему, способную доставлять питательную среду к клеткам в условиях микрогравитации и поддерживать их жизнеспособность неделями. Это сложная инженерная конструкция, где каждая деталь — от геометрии каналов до системы температурного контроля — адаптирована под работу в космосе.

В начале программы задача была базовой — понять, могут ли клетки человека выживать в таком устройстве на орбите. Первые миссии были посвящены техническим тестам: космонавты проверяли работу системы, отрабатывали замену сред и оценивали устойчивость базовых конструкций.

Позже на МКС отправлялись более сложные образцы: от мезенхимальных стволовых клеток до трехмерных моделей костной и хрящевой ткани на пористом коллагеновом матриксе. Каждая экспедиция приближала исследователей к тому, чтобы научиться создавать стабильные ткани, которые можно изучать в условиях микрогравитации.

Финальный аккорд

Завершающий запуск — кульминация программы. В биореактор помещены 3D-сфероиды из хондроцитов — клеток, которые формируют хрящевую ткань. По сути, это модель хряща космонавта, помещенная в условия, максимально приближенные к длительному орбитальному полету.

«Мы уже знаем, как хондроциты ведут себя в наземных условиях. Теперь важно понять, что происходит с ними на орбите и можем ли мы предотвратить характерные для нахождения в космосе дегенеративные изменения»,— рассказал научный руководитель Научно-технологического парка биомедицины Петр Тимашев.

Главная особенность финального запуска — параллельное изучение двух групп образцов: контрольных и обработанных лактоферрином, перспективным биологически активным веществом. Предполагается, что он может предотвращать снижение метаболической активности и разрушение внеклеточного матрикса, создающего опору для хондроцитов,— процессы, которые лежат в основе дегенерации хрящевой ткани в условиях микрогравитации.

«Использование лактоферрина дает шанс защитить хрящ от тех изменений, которые считаются ключевыми факторами риска в длительных миссиях»,— отметил Петр Тимашев.

Фактически это попытка впервые увидеть, может ли определенное вещество замедлять изменения, которые в длительном полете угрожают суставам и позвоночнику космонавтов.

Шесть лет космических экспериментов

За время программы МСК-2 на орбиту было отправлено 11 серий клеточных образцов. Ученым удалось:

• подтвердить, что клетки человека могут выживать и развиваться в условиях микрогравитации;
• создать стабильные трехмерные конструкции костной и хрящевой ткани;
• отработать методы замены питательной среды;
• выяснить, что микрогравитация позволяет моделировать ранние стадии дегенеративных процессов быстрее, чем на Земле.

Эти результаты важны не только для космической медицины. Пространственное формирование тканей в условиях микрогравитации открывает новые возможности для тканевой инженерии: многие процессы, ограниченные земной гравитацией, в космосе идут иначе, позволяя создавать более точные и сложные модели.

Что будет дальше

Биореактор вернется с МКС 9 декабря. После этого команда Института регенеративной медицины приступит к анализу тканей: изучит морфологию, метаболические параметры, состояние внеклеточного матрикса. Это позволит проследить, какие изменения вызвала микрогравитация и помог ли лактоферрин их предотвратить.

«Нас интересуют не только визуальные изменения. Нам важно понять, какие механизмы запускаются в хряще в условиях космоса и можем ли мы на них повлиять. Эти данные нужны и для безопасности космонавтов, и для терапии остеоартрита на Земле»,— подчеркнул Тимашев.

Программа МСК-2 выстроила фундамент для следующего этапа — перехода к более сложным моделям человека. Среди них — прототипы межпозвоночного диска, комбинированные тканеинженерные конструкции и другие системы, которые станут частью научной программы Российской орбитальной станции. Кроме того, они послужат для создания ячеистых биореакторов.

«Мы движемся к тому, чтобы создавать полноценные модели человеческих тканей для фундаментальных исследований и для космической медицины. Это повысит безопасность будущих экипажей и позволит получать уникальные данные, которые просто невозможно собрать на Земле»,— заключает Петр Тимашев.

Подготовлено при поддержке Сеченовского университета