Космосът крие невидима заплаха: една облъчена клетка с радиация може да предизвика "рак"

Пътуванията в дълбокия космос крият сериозен риск за човешкото здраве – излагането на радиация, която при недостатъчна защита може да причини тежки увреждания на организма и да увеличи риска от рак. Ново изследване на учени от Държавния университет на Оклахома и Центъра за здравни науки към Университета на Тексас показва как космическата радиация може да задейства сложна верига от клетъчни реакции, засягащи дори клетки, които не са били пряко облъчени.

Учените отдавна знаят, че един от основните източници на радиационен риск при продължителни космически полети са галактическите космически лъчи (GCR). Те представляват високоенергийни атомни ядра, лишени от електроните си и ускорени от мощни ударни вълни, породени от експлозии на свръхнови. На Земята атмосферата до голяма степен ни предпазва от тях, но астронавтите извън нея са изложени на значително по-високи нива на това лъчение.

Сред най-опасните частици са така наречените HZE йони – йони с високо атомно число и висока енергия. Един от примерите са железните ядра Fe-56. Те са способни да предизвикат много по-тежки клетъчни увреждания от рентгеновото лъчение, тъй като оставят плътна следа от йонизация, която може директно да разкъсва нишките на ДНК.

Железните йони обаче са сравнително редки. Според изчисления, базирани на данни от мисията на марсохода Curiosity, при типично трегодишно пътуване до Марс и обратно директен удар от железен йон би засегнал приблизително 3% от клетките на астронавта.

На пръв поглед това може да не изглежда като огромен риск, тъй като около 97% от клетките няма да бъдат пряко засегнати. Именно тук обаче се появява т.нар. „ефект на страничния наблюдател“, който тревожи специалистите по космическа медицина.

Увреждането не остава само в облъчената клетка
За да изследват този процес, учените са използвали човешки аортни ендотелни клетки – клетки, които изграждат вътрешната обвивка на кръвоносните съдове. Те са били изложени на лъчи от Fe-56 в лабораторията за космическа радиация на НАСА към Националната лаборатория „Брукхейвън“.

Резултатите показват, че директно засегнатите от железни йони клетки не просто се възстановяват или загиват. Вместо това те започват възпалителна сигнална каскада.

След облъчването клетките активират транскрипционния фактор NF-κB, който играе ключова роля във възпалението и клетъчната защита. Едновременно с това се увеличава производството на тумор-некротизиращ фактор алфа (TNF-α) – важна сигнална молекула, участваща във възпалителните процеси.

Част от TNF-α се свързва обратно с повърхността на клетката, която го е произвела. Това създава т.нар. автокринна обратна връзка, която стимулира допълнително NF-κB и поддържа възпалителния сигнал в продължение на до три дни.

Но TNF-α не остава само в първоначално засегнатите клетки. Част от молекулите достигат до съседни клетки и предизвикват промени и в тях, въпреки че те самите не са били директно ударени от радиацията.

Учените са поставили облъчени ендотелни клетки върху пореста мембрана над група нормални епителни клетки – от типа, който изгражда белодробната тъкан. Двата вида клетки не са се докосвали физически, а са могли да си взаимодействат единствено чрез течната среда, по която химичните сигнали се разпространяват.

Въпреки липсата на директен контакт съседните клетки са били сериозно засегнати от TNF-α. В тях са отчетени значителни увеличения на свободните радикали, както и повече двуверижни разкъсвания на ДНК – едни от най-тежките форми на генетично увреждане.

Радиацията може да засегне и клетки, които не са били облъчени
TNF-α предизвиква и друг важен ефект. Той активира гени, които потискат естествените механизми за клетъчна смърт, и едновременно с това стимулира сигнали за клетъчен растеж.

Обикновено увредените клетки разполагат с механизми, които ги карат да спрат да се делят или да се самоунищожат, ако натрупат опасни мутации. Според изследователите възпалителната каскада, предизвикана от TNF-α, може да наруши именно тези защитни механизми и така да създаде условия за превръщането на увредените клетки в ракови.

За да проверят това, учените са използвали и модели с мишки. Те са имплантирали неракови епителни клетки, които преди това са били изложени единствено на присъствието на облъчени ендотелни клетки.

Резултатът е показателен: тези клетки са започнали да образуват значителни тумори, въпреки че самите те никога не са били директно засегнати от галактически космически лъчи.

Това подкрепя идеята, че ефектът на космическата радиация може да се разпространява между клетките чрез химични сигнали, а не само чрез директно увреждане от радиационните частици.

Данни от реални астронавти
В следващия етап изследователите са анализирали данни от експеримента Space Omics and Medical Atlas, който включва кръвни проби и тъканни биопсии от астронавти, участвали в мисията Inspiration4 на SpaceX през 2021 г.

И при тях са открити повишени системни нива на TNF-α, както и повишена активност на гени, свързани с потискането на клетъчната смърт и радиационния отговор.

Това предполага, че наблюдаваните процеси не са само лабораторен феномен. Според авторите на изследването подобна възпалителна каскада може да се активира и в реалния организъм на хора, изложени на космическа радиация.

Възможен начин за прекъсване на каскадата
Изследването обаче носи и потенциално добра новина. След като учените са идентифицирали конкретния механизъм, по който радиацията предизвиква опасните клетъчни промени, те са успели да го прекъснат.

Чрез блокиране на рецептора на TNF-α и потискане на активирането на NF-κB изследователите са успели да предотвратят последващите клетъчни трансформации, свързани с развитието на рак. Това отваря възможност бъдещата защита на астронавтите да не разчита единствено на физически бариери между човешкото тяло и космическата радиация.

Една от възможностите е комбиниран подход – медикаментозно блокиране на определени клетъчни сигнали заедно с усъвършенствана радиационна защита. Сред разглежданите материали са водни бариери и богати на водород полимери като полистирена, които могат да помогнат за ограничаване на проникването на опасни частици.

Учените обаче подчертават, че са необходими още изследвания, преди тези подходи да могат да бъдат използвани като реална защита при дългосрочни космически мисии.

Резултатите показват, че опасността от галактическите космически лъчи може да е по-сложна от директното увреждане на ДНК. Дори сравнително малък брой директно засегнати клетки могат да предизвикат химични сигнали, които да повлияят на голям брой съседни клетки и потенциално да увеличат риска от ракови изменения.

Изследването „Space Radiation Sparks Hidden Cancer Risks: The Bystander Effect Unveiled“ е публикувано в списание Space: Science & Technology. /|БГНЕС, Ноуридж