Des scientifiques du Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute ont montré que les mouches des fruits qui ont passé plusieurs semaines sur la Station spatiale internationale (ISS) – environ la moitié de leur vie – ont subi de profonds changements structurels et biochimiques dans leur cœur. L'étude, publié aujourd'hui dans Rapports de cellule , suggère que les astronautes qui passent une longue période de temps dans l'espace, ce qui serait nécessaire à la formation d'une colonie lunaire ou à un voyage vers la lointaine Mars, pourraient subir des effets similaires et bénéficier de mesures de protection pour garder leur cœur en bonne santé. La recherche a également révélé de nouvelles informations qui pourraient un jour aider les personnes sur Terre qui sont alitées à long terme ou qui vivent avec une maladie cardiaque.

"Pour la première fois, nous pouvons voir les changements cellulaires et moléculaires qui peuvent sous-tendre les problèmes cardiaques observés dans les études sur les astronautes, " dit Karen Ocorr, Doctorat., professeur assistant en Développement, Programme de vieillissement et de régénération à Sanford Burnham Prebys et co-auteur principal de l'étude. "Nous avons initié cette étude pour comprendre les effets de la microgravité sur le cœur, et maintenant nous avons une feuille de route que nous pouvons utiliser pour commencer à développer des stratégies pour garder le cœur des astronautes fort et en bonne santé."

Des études antérieures ont montré que dans des conditions de microgravité, le cœur humain passe d'une forme ovale à une forme plus sphérique. Le vol spatial provoque également un affaiblissement du muscle cardiaque (atrophie), réduisant sa capacité à pomper le sang dans tout le corps. Cependant, jusqu'à maintenant, les études sur le cœur humain, réalisées à l'aide d'ultrasons effectués sur l'ISS, ont été limitées à un nombre relativement restreint d'astronautes. Bien qu'important, ces études n'ont pas révélé les changements cellulaires et moléculaires à l'origine de ces transformations, informations nécessaires pour développer des contre-mesures qui assureront la sécurité des astronautes lors de vols prolongés.

"Alors que nous poursuivons notre travail pour établir une colonie sur la Lune et envoyer les premiers astronautes sur Mars, comprendre les effets du temps prolongé en microgravité sur le corps humain est impératif, " dit Sharmila Bhattacharya, Doctorat., scientifique principal à la NASA et auteur de l'étude. "Les résultats d'aujourd'hui montrent que la microgravité peut avoir des effets dramatiques sur le cœur, suggérant qu'une intervention médicale peut être nécessaire pour les voyages spatiaux de longue durée, et pointent vers plusieurs directions pour le développement thérapeutique."

Les mouches des fruits sont étonnamment de bons modèles pour étudier le cœur humain. Les insectes partagent près de 75 % des gènes pathogènes trouvés chez l'homme, et leurs cœurs en forme de tube reflètent une première version du nôtre - qui commence comme un tube lorsque nous sommes dans l'utérus et se replie plus tard dans les quatre chambres avec lesquelles nous sommes familiers. Heureusement, les mouches des fruits sont également largement autosuffisantes. Toute la nourriture dont les mouches avaient besoin pendant la durée du voyage était contenue dans des boîtes spéciales conçues pour cette étude, permettant aux astronautes occupés de se concentrer sur d'autres tâches.

Voyage dans l'espace

Dans l'étude, les scientifiques ont envoyé des "boîtes à mouches ventilées" spéciales contenant des flacons remplis de quelques mouches des fruits femelles et mâles vers l'ISS pour une orbite d'un mois. Dans l'espace, ces mouches ont produit des centaines de bébés qui ont connu trois semaines de microgravité, l'équivalent humain de trois décennies. Les mouches des fruits nées dans l'espace sont revenues sur Terre via un amerrissage au large des côtes de la Basse-Californie. Un membre de l'équipe scientifique a récupéré les mouches du port de Long Beach et, très prudemment, a conduit les spécimens jusqu'au campus de Sanford Burnham Prebys à La Jolla, Californie.

Une fois les mouches arrivées au laboratoire, les scientifiques sont passés à l'action. Des tests de la fonction cardiaque devaient être effectués dans les 24 heures suivant le retour sur Terre afin que la gravité n'interfère pas avec les résultats. Les chercheurs ont travaillé 24 heures sur 24 pour mesurer les mouches

capacité de grimper dans un tube à essai; pour capturer des vidéos des cœurs battants pour mesurer la contractilité et la fréquence cardiaque ; et de préserver les tissus pour de futurs tests génétiques et biochimiques, y compris la cartographie des changements d'expression génique qui se sont produits dans le cœur.

Remodelage tissulaire extensif

Ce travail a révélé que les mouches spatiales avaient des cœurs plus petits qui étaient moins contractiles, réduisant leur capacité à pomper le sang et reflétant les symptômes observés chez les astronautes. Le tissu cardiaque a également subi un remodelage important. Par exemple, les fibres musculaires normalement parallèles se sont désalignées et ont perdu le contact avec les structures fibreuses environnantes qui permettent au cœur de générer de la force, entraînant une altération du pompage.

"Dans le cœur de mouche normal, les fibres musculaires fonctionnent comme vos doigts lorsqu'elles pressent un tube de dentifrice. Dans l'espace vole, la contraction était comme essayer de faire sortir du dentifrice en appuyant au lieu de presser, " explique Ocorr. " Pour les humains, cela pourrait devenir un gros problème."

A la surprise des scientifiques, la matrice extracellulaire fibreuse (MEC) entourant le cœur des mouches spatiales était significativement réduite. Après une blessure cardiaque telle qu'une crise cardiaque, ce tissu de soutien est souvent surproduit et interfère avec la fonction cardiaque. Pour cette raison, l'interaction entre l'ECM et le cœur est un domaine de recherche actif pour les cardiologues.

« Nous étions très heureux de trouver plusieurs protéines interagissant avec l'ECM qui étaient dérégulées dans les mouches spatiales, " dit Rolf Bodmer, Doctorat., directeur et professeur en Développement, Programme de vieillissement et de régénération à Sanford Burnham Prebys et co-auteur principal de l'étude. "Ces protéines n'étaient pas auparavant sur le radar des cardiologues, Cela pourrait donc accélérer le développement de thérapies qui améliorent la fonction cardiaque en réduisant la fibrose. »

Le sommet de l'iceberg

Ocorr et Bodmer sont toujours occupés à analyser les données génétiques et moléculaires de cette étude et pensent que ces informations sont la "partie émergée de l'iceberg" pour ce type de recherche. Les problèmes de vision sont fréquents chez les astronautes, les scientifiques analysent donc également le tissu oculaire des mouches spatiales. Un autre domaine d'intérêt concerne les bébés des mouches qui sont nés dans l'espace, ce qui aiderait à révéler les effets hérités du vol spatial. Bien que la santé des astronautes soit l'objectif principal, les gens sur Terre peuvent finalement être les plus grands bénéficiaires de ce travail de pionnier.

"Je suis convaincu que la recherche sur les maladies cardiaques va bénéficier des connaissances que nous tirons de ces vols, " dit Ocorr. " Comprendre comment le cœur fonctionne dans l'espace va également nous en apprendre davantage sur la façon dont le cœur fonctionne et peut se briser sur Terre. "