ریزگرانش در فضا ممکن است باعث سرطان شود - اما در زمین، تقلید از بی وزنی می تواند به محققان در توسعه درمان کمک کند.
تاریخ انتشار :
۱۵:۳۹ ۰۷-۱۱-۱۴۰۳
از آنجایی که سفرهای فضایی جذابیت بیشتری پیدا می کند و فضانوردان زمان بیشتری را در فضا می گذرانند، مطالعه اثرات آن بر سلامتی به طور فزاینده ای حیاتی شده است. آیا سفر فضایی واقعا ایمن است؟ دور از آن – تحقیقات نشان داده است که اثرات تابش فضایی و ریزگرانش بر بدن انسان مضر و طولانی مدت است. با این حال، ایجاد شرایط فضایی روی زمین به طور بالقوه می تواند به محققان در درمان سرطان کمک کند. ما مهندسان زیست پزشکی هستیم که در حال مطالعه چگونگی تغییر سلول‌های بدن تحت ریزگرانش هستیم. تقلید از شرایط ریزگرانش روی زمین به محققان این امکان را می دهد تا اثرات آن را بدون نیاز به سفر فضایی بررسی کنند..............ریزگرانش وضعیتی است که در آن گرانش بسیار ضعیف است و اجسام تقریباً بی وزن هستند. این در فضا اتفاق می افتد، جایی که گرانش زمین به سختی بر فضانوردان تأثیر می گذارد. قرار گرفتن در یک محیط ریزگرانش برای مدت زمان طولانی می تواند منجر به مشکلات سلامتی متعددی از جمله تحلیل استخوان، ضعف عضلانی، پف صورت و تغییرات قلبی شود. حتی پس از بازگشت فضانوردان به زمین، بدن آنها به طور کامل به حالت عادی باز نمی گردد. مطالعه چگونگی واکنش سلول‌ها، اندام‌ها و بافت‌ها به ریزگرانش می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از نحوه رسیدگی به هرگونه تغییر مضر مرتبط با بدن داشته باشند. با این حال، انجام تحقیقات بر روی نمونه های آزمایشگاهی در فضا با چالش های قابل توجهی مواجه است.
تبریز امروز:
سای دیپیکا ردی یارم Ph.D. دانشجوی رشته مهندسی شیمی و بیومدیکال، دانشگاه ویرجینیای غربی
سومیا سریواستاوا استادیار مهندسی شیمی و بیومدیکال، دانشگاه ویرجینیای غربی
از آنجایی که سفرهای فضایی جذابیت بیشتری پیدا می کند و فضانوردان زمان بیشتری را در فضا می گذرانند، مطالعه اثرات آن بر سلامتی به طور فزاینده ای حیاتی شده است.
آیا سفر فضایی واقعا ایمن است؟ دور از آن – تحقیقات نشان داده است که اثرات تابش فضایی و ریزگرانش بر بدن انسان مضر و طولانی مدت است. با این حال، ایجاد شرایط فضایی روی زمین به طور بالقوه می تواند به محققان در درمان سرطان کمک کند.
ما مهندسان زیست پزشکی هستیم که در حال مطالعه چگونگی تغییر سلول‌های بدن تحت ریزگرانش هستیم. تقلید از شرایط ریزگرانش روی زمین به محققان این امکان را می دهد تا اثرات آن را بدون نیاز به سفر فضایی بررسی کنند.
تحقیقات آزمایشگاهی در فضا ریزگرانش وضعیتی است که در آن گرانش بسیار ضعیف است و اجسام تقریباً بی وزن هستند. این در فضا اتفاق می افتد، جایی که گرانش زمین به سختی بر فضانوردان تأثیر می گذارد.
قرار گرفتن در یک محیط ریزگرانش برای مدت زمان طولانی می تواند منجر به مشکلات سلامتی متعددی از جمله تحلیل استخوان، ضعف عضلانی، پف صورت و تغییرات قلبی شود. حتی پس از بازگشت فضانوردان به زمین، بدن آنها به طور کامل به حالت عادی باز نمی گردد.
مطالعه چگونگی واکنش سلول‌ها، اندام‌ها و بافت‌ها به ریزگرانش می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از نحوه رسیدگی به هرگونه تغییر مضر مرتبط با بدن داشته باشند. با این حال، انجام تحقیقات بر روی نمونه های آزمایشگاهی در فضا با چالش های قابل توجهی مواجه است.
علاوه بر نظارت بر نمونه‌های آزمایشگاهی، فضانوردان تعداد کمی از وظایف دیگر برای انجام آنها در فضا ندارند. عکس ناسا/AP پرتاب تجهیزات و نمونه ها پرهزینه است و آزمایش ها باید حول شرایط بی وزنی و نیروی پرتاب برنامه ریزی شود. ضرب‌الاجل‌های دقیق، دسترسی محدود به مأموریت‌های فضایی و وابستگی به فضانوردان برای انجام آزمایش‌ها، پیچیدگی این مطالعات را افزایش می‌دهد و دقت و همکاری را برای موفقیت ضروری می‌سازد.
دسترسی به نمونه ها پس از ارسال به فضا نیز می تواند دشوار باشد. آنها در شرایط سخت فضا و در حین انتقال به زمین در معرض آسیب قرار می گیرند.
فرآیند برنامه ریزی و انجام یک مطالعه آزمایشگاهی در فضا می تواند زمان بر باشد و عملی بودن آزمایش های مکرر را محدود کند.
مطالعه ریزگرانش روی زمین برای رسیدگی به این مسائل، دانشمندان تجهیزاتی ساخته اند که قادر به شبیه سازی شرایط ریزگرانش در زمین است.
یکی از این دستگاه‌ها کلینوستات است، دستگاهی که به طور مداوم نمونه‌ها را می‌چرخاند تا اثرات گرانش کم را تقلید کند. با چرخش مداوم، اثرات گرانش را به طور یکنواخت پخش می کند به طوری که نمونه "بی وزن" یا نزدیک به آن است. برای تقلید از اثرات ریزگرانش، کلینوستات باید با سرعت مناسب بچرخد - آنقدر سریع که نمونه به گرانش واکنش نشان ندهد، اما نه آنقدر سریع که نیروهای قوی دیگری را احساس کند.
روش دیگری به نام دی الکتروفورز ذرات مانند سلول ها را در یک میدان الکتریکی غیریکنواخت قرار می دهد. برخلاف میدان الکتریکی یکنواخت که در همه جا قدرت و جهت یکسانی دارد، یک میدان الکتریکی غیریکنواخت در نقاط مختلف قدرت یا جهت تغییر می‌کند. این میدان ناهموار باعث می شود سلول ها بر اساس تفاوت در خواص الکتریکی آنها در مقایسه با مایع اطراف آنها حرکت کنند و محققان را قادر می سازد آنها را جدا کرده و مطالعه کنند. در حالی که این روش به طور گسترده در زمین مورد استفاده قرار گرفته است، کاوش کاربرد آن در محیط های ریزگرانشی می تواند به محققان اجازه دهد تا با دقت بیشتری ذرات را دستکاری کنند و تحقیقاتی را انجام دهند که تحت گرانش زمین امکان پذیر نیست.
ابزارهایی مانند کلینواستات و دی‌الکتروفورز روشی آسان‌تر، ارزان‌تر و سریع‌تر برای مطالعه اثرات میکروگرانش بر سلول‌ها در مقایسه با مأموریت‌های فضایی ارائه می‌کنند. آنها مقرون به صرفه و قابل حمل هستند و برای تولید سریع داده های قابل اعتماد به تجهیزات ارزان تر و حجم کمتری از نمونه ها نیاز دارند.
این ویدئو جدا شدن ذرات از طریق دی الکتروفورز را نشان می دهد.
میکروگرانش و سرطان در حالی که گرانش میکرو می تواند باعث سرطان شود، به طور بالقوه می تواند به محققان در درک و درمان بهتر سرطان کمک کند.
یکی از چالش برانگیزترین بیماری ها برای درمان است زیرا به سرعت تکامل می یابد و اغلب به درمان های موجود مقاوم می شود. با مشاهده سلول های سرطانی در ریزگرانش، محققان می توانند نحوه رشد، تقسیم و پاسخ به داروها را تحت شرایط مختلف مطالعه کنند. به زبان ساده، ما سلول‌های سرطانی را از منطقه آسایش خود خارج می‌کنیم تا ببینیم که آنها چگونه به یک محیط ناشناخته واکنش نشان می‌دهند.
به عنوان مثال، محققان مشاهده کرده‌اند که سلول‌های سرطانی بقای خود را در اثر گرانش میکروبی بهبود بخشیده‌اند. آنها همچنین تغییراتی را در خواص الکتریکی خود مشاهده کردند. مطالعات دیگر نشان داده اند که ریزگرانش می تواند عملکرد سلول های ایمنی و نحوه ارتباط سلول ها با یکدیگر را تغییر دهد.
تیم ما و دیگران فرض می‌کنند که سلول‌های سرطانی ممکن است زمانی که در معرض یک محیط بدون وزن قرار می‌گیرند، به داروهای خاصی واکنش موثرتری نشان دهند. ما به دنبال این هستیم که آیا می‌توانیم از میکروگرانش برای دستکاری سلول‌های سرطانی استفاده کنیم تا رفتاری کمتر تهاجمی داشته باشند و در برابر درمان آسیب‌پذیرتر شوند.
این تحقیق هنوز در مراحل ابتدایی است. اما در صورت موفقیت، این بینش می تواند به محققان کمک کند تا درمان های جدیدی را ایجاد کنند که در اینجا روی زمین موثرتر هستند.
Microgravity in space may cause cancer − but on Earth, mimicking weightlessness could help researchers develop treatments
As space travel gains traction and astronauts spend increasing amounts of time in space, studying its effects on health has become increasingly critical.
Is space travel truly safe? Far from it – research has shown that the effects of space radiation and microgravity on the human body are both detrimental and long-lasting. Creating space conditions on Earth, however, could potentially help researchers treat cancer.
Microgravity is a condition where gravity is extremely weak and objects are almost weightless. This occurs in space, where Earth’s gravity barely affects astronauts.
Being in a microgravity environment for an extended period of time can lead to several health issues, including bone loss, muscle weakness, face puffiness and heart changes. Even after astronauts return to Earth, their bodies do not completely go back to normal.
Studying how cells, organs and tissues respond to microgravity can help scientists better understand how to address any related harmful changes to the body. However, conducting research on lab samples in space faces significant challenges.
In addition to monitoring lab samples, astronauts have no small number of other tasks to attend to while in space.NASA/AP Photo
It is costly to launch equipment and samples, and experiments need to be planned around weightless conditions and the force of launch. Strict deadlines, limited access to space missions and dependence on astronauts to conduct experiments increase the complexity of these studies, making accuracy and cooperation crucial for success.
Accessing samples after they have been sent to space can also be difficult. They risk being damaged while in the harsh conditions of space and during transport back to Earth.
The process of planning and carrying out a lab study in space can be time-consuming, limiting the practicality of frequent experimentation.
Studying microgravity on Earth
To address these issues, scientists have developed equipment capable of simulating microgravity conditions on Earth.
One such device is the clinostat, a machine that continuously spins samples to mimic the effects of low gravity. By constantly rotating, it spreads the effects of gravity evenly so that the sample is “weightless” or close to it. To mimic the effects of microgravity, the clinostat must rotate at just the right speed – fast enough that the sample doesn’t react to gravity, but not so fast that it feels other strong forces.
Another method called dielectrophoresis places particles such as cells in a nonuniform electric field. Unlike a uniform electric field, which is the same strength and direction everywhere, a nonuniform electric field changes in strength or direction at different points. This uneven field causes cells to move based on differences in their electrical properties compared with the liquid surrounding them, enabling researchers to separate and study them. While this technique has been widely used on Earth, exploring its application in microgravity environments could allow researchers to more precisely manipulate particles and conduct research not feasible under Earth’s gravity.
Tools such as clinostats and dielectrophoresis provide an easier, cheaper and faster way to study microgravity’s effects on cells compared with space missions. They are cost-effective and portable, requiring less expensive equipment and a smaller volume of samples to quickly generate reliable data.
This video demonstrates particles separating via dielectrophoresis.
Microgravity and cancer
While microgravity can cause cancer, it could also potentially help researchers better understand and treat cancer.
Cancer is one of the most challenging diseases to treat because it evolves rapidly and often becomes resistant to available treatments. By observing cancer cells in microgravity, researchers can study how they grow, divide and respond to drugs under different conditions. In simple terms, we are taking cancer cells out of their comfort zone to see how they react to an unknown environment.
For example, researchers have observed that cancer cells have improved survival under microgravity. They also saw changes to their electrical properties. Other studies have shown that microgravity can alter immune cell function and how cells communicate with each other.
Our team and others hypothesize that cancer cells may respond more effectively to certain drugs when exposed to a weightless environment. We’re looking into whether we can use microgravity to manipulate cancer cells to behave less aggressively and become more vulnerable to treatment.
This research is still in its infancy. But if successful, these insights could help researchers develop new treatments that are more effective back here on Earth.
