• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Odla stamceller för utforskning av rymden på djupet

    Kredit:ESA/NASA

    Jordens magnetosfär skyddar oss från de mest skadliga kosmiska strålarna som bombarderar vår planet men bortom denna naturliga sköld, astronauter utsätts för strålning som är hundra gånger mer än vid havsnivån.

    Riskerna med strålning är i fokus för ESA:s forskningssatsningar. Den första "strålningssommarskolan" ägde rum förra året för att utbilda elever och stimulera nya idéer för forskning om effekterna av rymdstrålning på människor.

    Unga forskare fick en introduktion till strålningsfysik och biologi och var tvungna att tänka på biologiska experiment för att köra i ett antal av ESA:s partnerpartikelacceleratorer runt om i Europa. De bästa förslagen vann möjligheten att tända gaspedalen och skjuta atompartiklar mot sitt experiment.

    Bestrålar stamceller

    Första priset i 2019 års strålningssommarskola gick till Emiliano Bolesani, en forskare baserad i Tyskland, som är ivriga att identifiera hjärtcellernas patofysiologiska svar när de utsätts för kosmisk strålning. Att göra detta, Emiliano föreslog att stamceller skulle användas för att odla strukturer av hjärtvävnad som sedan kommer att placeras vid mottagande änden av partikelacceleratorn vid GSI Helmholtz-centret för forskning om tunga joner i Darmstadt, Tyskland.

    Det nya med detta tillvägagångssätt är att odla hjärtmikrovävnader för att efterlikna det mänskliga hjärtats cellulära sammansättning.

    Konstnärsintryck (ej skalenligt) som idealiserar hur solvinden formar Venus magnetosfärer (överst), Jorden (mitten) och Mars (botten). Till skillnad från Venus och Mars, Jorden har ett inre magnetfält som avleder solvindens laddade partiklar när de strömmar bort från solen, skära ut en "bubbla" - magnetosfären - runt planeten. På Mars och Venus, som inte genererar ett inre magnetfält, det största hindret för solvinden är den övre atmosfären, eller jonosfären. Precis som på jorden, ultraviolett solstrålning separerar elektroner från atomerna och molekylerna i denna region, skapa ett område av elektriskt laddad – joniserad – gas:jonosfären. På Mars och Venus interagerar detta joniserade skikt direkt med solvinden och dess magnetfält för att skapa en inducerad magnetosfär, som verkar för att bromsa och avleda solvindspartiklarna runt planeten. Kredit:ESA

    Emiliano vill ta reda på vilken typ av celler som är mest mottagliga för strålningsskador - kardiomyocyter, endotelceller, glatta muskelceller eller fibroblaster – och identifiera hur de påverkar varandra. Data kommer att hjälpa till att skapa en analytisk modell för att förutsäga hur cellerna kommer att interagera med varandra inför strålning.

    "Jag är hoppfull att systemet också kan användas i framtiden för att screena efter molekyler som kan förhindra celler från strålningsskador, säger Emiliano, från Hannover Medical School.

    "Det är spännande att använda de exklusiva faciliteter som erbjuds, men ännu mer att denna forskning kan ha direkta implikationer för att begränsa oönskade effekter på det kardiovaskulära systemet efter strålbehandling. Denna strategi kan utvidgas till andra organ i framtiden och kan hjälpa till att skydda astronauternas hälsa samtidigt som de utforskar rymden."

    • SIS-18-ringacceleratorn kan skjuta joner mot mål inklusive biologiska celler, återskapa kosmisk strålning. Att analysera hur jonerna interagerar kommer att hjälpa uppdragsdesigners att utveckla nya sätt att minimera riskerna med kosmisk strålning. Jonerna accelereras med magneter till 90 % av ljusets hastighet, eller 270 000 km/s. Den här bilden visar ett stråldiagnoselement, vilket gör det möjligt för forskare att analysera formen på jonstrålen när den passerar igenom. Kredit:Gabi Otto/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

    • En ny internationell accelerator, faciliteten för antiproton- och jonforskning (FAIR), nu under uppbyggnad nära Darmstadt, Tyskland, vid det befintliga GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research (GSI), kommer att tillhandahålla partikelstrålar som de som finns i rymden och göra dem tillgängliga för forskare för studier som kommer att användas för att göra rymdfarkoster mer robusta och hjälpa människor att överleva rymdfärdens påfrestningar. Till exempel, forskare kommer att kunna undersöka hur celler och mänskligt DNA förändras eller skadas av exponering för kosmisk strålning och hur väl mikrochips klarar de extrema förhållandena i rymden. FAIRs centrala element kommer att vara en ny acceleratorring med en omkrets på 1100 m, kapabel att accelerera protoner till nära ljushastigheter. De befintliga GSI-acceleratorerna kommer att användas som föracceleratorer för den nya FAIR-anläggningen. Den här bilden visar den högteknologiska utrustningen som genererar partiklarna, som sedan sprutas in i acceleratorsystemen GSI och FAIR. Kredit:GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH/Jan Michael Hosan 2018

    • Kosmisk strålning kan öka cancerrisken under långvariga uppdrag. Skador på människokroppen sträcker sig till hjärnan, hjärtat och det centrala nervsystemet och skapar förutsättningar för degenerativa sjukdomar. En högre andel av grå starr som börjar tidigt har rapporterats hos astronauter. Jordens magnetfält och atmosfär skyddar oss från det ständiga bombardementet av galaktiska kosmiska strålar – energiska partiklar som färdas nära ljusets hastighet och penetrerar människokroppen. En andra källa till rymdstrålning kommer från oförutsägbara solpartikelhändelser som levererar höga doser av strålning på kort tid, leder till "strålningssjuka" om inte skyddsåtgärder vidtas. Kredit:ESA

    Nästa... astronautceller

    Emiliano har arbetat med ett team för att föreslå en mer detaljerad idé för att samla in celler från astronauter före och efter en rymdfärd. Vävnader och organ som odlats från astronauternas celler kunde placeras under strålen från en partikelaccelerator för att se deras reaktion på simulerad rymdstrålning.

    Denna studie skulle kunna kasta ljus över de cellulära och molekylära ledtrådarna som ligger till grund för det individuella svaret på rymdstrålning.

    "Var och en av oss har olika känslighet för strålning, " förklarar Emiliano, "Detta är ett problem för strålterapi eftersom det kan påverka hur effektiva behandlingar är på jorden, samt få konsekvenser för astronauter som utsätts för rymdstrålning.

    "Den andra frågan bakom denna potentiella uppföljningsstudie är om celler anpassar sig under rymdfärd och "kommer ihåg" efter att ha kommit tillbaka till jorden - är epigenetiska och fysiologiska förändringar längre varaktiga? Med andra ord, är rymdfärden "fångad" som ett fotavtryck i vårt DNA?


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com