Siempre es el mes del corazón en la estación espacial

El corazón humano tiene un papel protagónico durante el mes de febrero. Este es el Mes del Corazón en Estados Unidos, como un esfuerzo para crear conciencia sobre la prevención de enfermedades cardíacas. También se celebra el Día de San Valentín, que se centra en el corazón como símbolo del amor y la amistad.

A bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI), el corazón humano ocupa el centro de la atención durante todo el año. Las enfermedades y otros factores como el envejecimiento que afectan al corazón pueden cambiar la salud y el bienestar general de una persona. Uno de esos factores es la microgravedad, y estudios recientes patrocinados por el Laboratorio Nacional de la EEI buscan formas de proteger a los astronautas de sus efectos. Debido a que muchos de los cambios cardiovasculares observados en los astronautas se asemejan a los causados por el proceso de envejecimiento, estas investigaciones también nos ayudan en la búsqueda de formas de prevenir y tratar el envejecimiento y las enfermedades cardíacas en la Tierra.

Muchos estudios recientes llevados a cabo en la estación espacial utilizan chips de tejido, que son pequeños dispositivos que imitan las funciones de los órganos humanos. Con esta herramienta se obtienen cultivos tridimensionales (3D) de ciertos tipos de células, tejidos hechos de células que han sido modificadas para reproducir características específicas e, incluso, organoides o estructuras en 3D compuestas por todos los diferentes tipos de células que posee un órgano en particular, incluido el corazón. Estos sustitutos de corazones reales permiten realizar nuevos tipos de investigaciones y pruebas con fármacos.

Una investigación finalizada en 2018, Cardiac Myocytes (Miocitos cardíacos), mostró por primera vez que la microgravedad ayuda a células madre especialmente programadas a convertirse en nuevas células del músculo cardíaco. El experimento llevó células madre congeladas a la estación espacial, donde los miembros de la tripulación las descongelaron y las cultivaron antes de devolver las muestras a la Tierra para su análisis y comparación con lotes de control.

Investigaciones posteriores aprovecharon el efecto de la microgravedad en el comportamiento y el crecimiento celular para crear herramientas de investigaciones futuras, modelar enfermedades y poner a prueba posibles tratamientos para las lesiones cardíacas. MVP Cell-03 examinó la producción en microgravedad de células cardíacas a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC, por sus siglas en inglés). Las células pluripotentes son células que han comenzado a diferenciarse —lo que las hace más especializadas que una célula madre— pero que conservan la capacidad de convertirse en diferentes tipos de células. MVP Cell-03 mostró que la microgravedad aumentaba la producción de cardiomiocitos a partir de hiPSC. Este aumento de la producción podría hacer posible el uso de células cultivadas para ayudar a tratar las anomalías cardíacas inducidas por los vuelos espaciales y para reponer las células cardíacas dañadas o perdidas debido a enfermedades en la Tierra. Los tejidos cardíacos humanos dañados no pueden repararse por sí mismos, y la pérdida de células cardíacas contribuye a una eventual insuficiencia cardíaca.

“Si queremos utilizar estas células en aplicaciones clínicas, tenemos que ser capaces de generar muchas de ellas de manera eficiente”, dijo Chunhui Xu, investigadora principal de MVP Cell-03 de la Facultad de Medicina y Salud Infantil de la Universidad de Emory en Atlanta. “La terapia de reemplazo cardíaco, por ejemplo, requiere al menos mil millones de cardiomiocitos para un solo paciente”.

La investigación también mostró que las células cultivadas en el espacio tienen una estructura y función apropiadas. Eso significa que pueden utilizarse para poner a prueba la seguridad de los medicamentos. “Ahora podemos realizar pruebas en una placa de laboratorio para saber si un medicamento tiene efectos contraproducentes”, dijo Xu. Esta investigación puede incluso usar las propias células sanguíneas de una persona para producir células hiPCS y, a su vez, células cardíacas que pueden utilizarse para determinar cómo podría reaccionar el individuo a un medicamento determinado.

El siguiente paso es observar la calidad de las células producidas mediante el estudio Project Eagle (Proyecto Águila), cuyo lanzamiento está programado para finales de este año.

“Además de producir más células, el otro desafío es producir células de buena calidad”, dijo Xu. “Lo que tenemos ahora en nuestra placa son células inmaduras. No se comportan de la forma en se comportan las células cardíacas reales, sino que son más parecidas a las células cardíacas embrionarias. Trasplantarlas podría significar un mayor riesgo para el paciente”. Project Eagle analiza si la microgravedad podría ser un enfoque eficaz para impulsar las células a alcanzar etapas más maduras.

El laboratorio de Xu también puso a prueba el empleo de la crioconservación, un proceso de almacenamiento de células a -80 °C (-112 °F), como una alternativa al transporte de cultivos de células vivas a la estación espacial. El equipo determinó que la crioconservación no parece afectar negativamente a las células e incluso las protege de los efectos del exceso de gravedad experimentado durante el lanzamiento. Esta técnica facilita la planificación de futuras investigaciones, ya que los experimentos no tienen que comenzar tan pronto como las células llegan a la estación.

Para otras dos investigaciones relacionadas con el corazón, el Laboratorio Nacional de la EEI colaboró con los Institutos Nacionales de Salud (NIH, por sus siglas en inglés). Cardinal Heart (Corazón cardinal), un estudio en la estación espacial llevado a cabo en 2021, utilizó tejidos cardíacos modificados para confirmar que la exposición a la microgravedad ocasiona cambios significativos en la función de las células cardíacas y en la expresión génica que podrían provocar daños. Cardinal Heart 2.0, cuyo lanzamiento a la estación espacial está programado para marzo, lleva esta investigación al siguiente paso. Utiliza un organoide cardíaco palpitante que contiene cardiomiocitos derivados de células madre (células musculares palpitantes), células endoteliales (el revestimiento del corazón) y fibroblastos cardíacos (que forman tejido conectivo de soporte) para evaluar si ciertos medicamentos pueden reducir o prevenir los cambios inducidos por la microgravedad. El uso de chips de tejido para poner a prueba nuevos medicamentos podría ayudar a reducir la necesidad de realizar los estudios en animales que son requeridos antes de las pruebas clínicas en humanos, lo que potencialmente acortaría el tiempo entre el descubrimiento de un posible fármaco y su uso clínico.

Engineered Heart Tissues (Tejidos cardíacos modificados), una carga útil de BioServe lanzada a la estación espacial en 2019, detectó cambios a nivel celular y tisular que podrían proporcionar una indicación temprana de enfermedad cardíaca. Engineered Heart Tissues-2, cuyo lanzamiento está previsto para finales de este año, utiliza cultivos en 3D de tejido muscular cardíaco para poner a prueba terapias que podrían prevenir estos cambios.

El estudio del corazón en la estación espacial ha producido un progreso significativo hacia la mejora de la salud de los astronautas y de las personas en la Tierra. Y eso vale la pena celebrarse, este mes de febrero y más allá.

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Melissa Gaskill
Programa de investigaciones de la Estación Espacial Internacional
Centro Espacial Johnson, Houston, Texas

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