Bukan rahasia lagi bahwa menghabiskan waktu lama di luar angkasa berdampak buruk pada tubuh manusia.

Selama bertahun-tahun, NASA dan badan antariksa lainnya telah meneliti dampak gravitasi mikro pada manusia, hewan, dan tumbuhan di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS).

Sejauh ini, penelitian telah menunjukkan bahwa berada di luar angkasa dalam waktu lama menyebabkan atrofi otot, hilangnya kepadatan tulang, perubahan penglihatan, ekspresi gen, dan masalah psikologis.

Pengetahuan tentang dampak ini dan cara mengatasinya sangat penting mengingat tujuan eksplorasi luar angkasa kita di masa depan, yang mencakup misi jangka panjang ke Bulan, Mars, dan seterusnya.

Namun, menurut eksperimen terbaru yang dipimpin oleh para peneliti di Universitas Johns Hopkins dan didukung oleh Pusat Antariksa Johnson NASA, tampaknya jaringan jantung "juga tidak dapat bertahan dengan baik di luar angkasa".

Eksperimen tersebut terdiri dari 48 sampel jaringan jantung manusia hasil rekayasa biologis yang dikirim ke ISS selama 30 hari.

Seperti yang mereka tunjukkan dalam makalah mereka, percobaan tersebut menunjukkan bahwa paparan terhadap gravitasi mikro melemahkan jaringan jantung dan melemahkan kemampuannya untuk mempertahankan detak ritmis.

Hasil ini menunjukkan bahwa tindakan tambahan harus diambil untuk memastikan manusia dapat menjaga kesehatan kardiovaskular mereka di luar angkasa.

Penelitian ini dipimpin oleh Deok-Ho Kim dan rekan-rekannya dari Departemen Teknik Biomedis di Universitas Johns Hopkins (BME-JHU) dan Pusat Sistem Mikrofisiologi JHU.

Mereka bergabung dengan para peneliti dari UC Boulder’s Ann and HJ Smead Department of Aerospace Engineering Sciences, Institute for Stem Cell & Regenerative Medicine (ISCRM) dan Stanford Institute for Stem Cell & Regenerative Medicine, BioServe Space Technologies, dan NASA’s Johnson Space Center.

Pusat Biologi Kardiovaskular di Universitas Washington, Institut Stanford untuk Sel Punca & Kedokteran Regeneratif, BioServe Space Technologies, dan Pusat Antariksa Johnson NASA.

Makalah yang merinci temuan mereka diterbitkan kemarin (23 September) dalam Prosiding National Academy of Sciences.

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa astronot yang kembali ke Bumi dari ISS menderita berbagai efek kesehatan yang konsisten dengan kondisi terkait usia tertentu, termasuk fungsi otot jantung yang berkurang dan detak jantung tidak teratur (aritmia), yang sebagian besar akan hilang seiring waktu.

Namun, tidak ada penelitian ini yang membahas apa yang terjadi pada tingkat seluler dan molekuler.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang efek ini dan cara mengatasinya, Kim dan rekan-rekannya mengirim platform "jantung pada chip" otomatis ke ISS untuk dipelajari.

Untuk membuat muatan ini, tim mengandalkan sel punca pluripoten yang diinduksi manusia (iPSC), yang dapat menjadi berbagai jenis sel, untuk menghasilkan kardiomiosit (sel otot jantung).

Jaringan yang dihasilkan ini ditempatkan dalam chip jaringan rekayasa hayati miniatur yang dirancang untuk meniru lingkungan jantung manusia dewasa.

Chip tersebut kemudian akan mengumpulkan data tentang bagaimana jaringan akan berkontraksi secara ritmis, meniru bagaimana jantung berdetak. Satu set biochip diluncurkan ke misi SpaceX CRS-20 ke ISS pada Maret 2020, sementara yang lain disimpan di Bumi sebagai kelompok kontrol.

Begitu berada di ISS, astronot Jessica Meir mengawasi eksperimen tersebut, mengganti cairan nutrisi di sekitar jaringan seminggu sekali sambil menyimpan sampel jaringan pada interval tertentu sehingga pembacaan gen dan analisis pencitraan dapat dilakukan saat kembali ke Bumi.

Sementara itu, eksperimen tersebut mengirimkan data waktu nyata kembali ke Bumi setiap 30 menit (selama 10 detik setiap kalinya) tentang kontraksi sampel jaringan dan pola detak yang tidak teratur (aritmia).

"Banyak sekali teknologi canggih di bidang rekayasa sel punca dan jaringan, biosensor dan bioelektronik, serta mikrofabrikasi digunakan untuk memastikan kelangsungan hidup jaringan ini di luar angkasa," kata Kim dalam rilis berita Hub baru-baru ini.

Saat ruang jaringan kembali ke Bumi, ia dan rekan-rekannya terus menyimpan dan mengumpulkan data dari sampel untuk melihat apakah ada perubahan dalam kemampuan mereka untuk berkontraksi.

Selain kehilangan kekuatan, jaringan otot mengalami aritmia, yang konsisten dengan kondisi jantung yang berkaitan dengan usia.

Pada jantung manusia yang sehat, waktu antara detak sekitar satu detik, sedangkan sampel jaringan bertahan hampir lima kali lebih lama – meskipun mereka kembali ke keadaan hampir normal setelah kembali ke Bumi.

Tim tersebut selanjutnya menemukan bahwa bundel protein sel jaringan yang membantu mereka berkontraksi (sarkomer) lebih pendek dan lebih tidak teratur daripada kelompok kontrol, gejala lain dari penyakit jantung.

Terlebih lagi, mitokondria dalam sampel jaringan tumbuh lebih besar dan lebih bulat dan kehilangan lipatan karakteristik yang membantu mereka memproduksi dan menggunakan energi.

Terakhir, pembacaan gen dalam jaringan menunjukkan peningkatan produksi gen yang terkait dengan peradangan dan ketidakseimbangan radikal bebas dan antioksidan (stres oksidatif).

Hal ini tidak hanya konsisten dengan penyakit jantung yang berkaitan dengan usia tetapi juga secara konsisten ditunjukkan dalam pemeriksaan pasca-penerbangan astronot.

Tim tersebut mengatakan bahwa temuan ini memperluas pengetahuan ilmiah kita tentang potensi dampak gravitasi mikro terhadap kesehatan manusia di luar angkasa dan juga dapat memajukan studi tentang penuaan otot jantung dan terapi di Bumi.

Pada tahun 2023, lab Kim menindaklanjuti eksperimen ini dengan mengirimkan sampel jaringan kedua ke ISS untuk menguji obat-obatan yang dapat membantu melindungi otot jantung dari dampak gravitasi mikro dan membantu orang mempertahankan fungsi jantung seiring bertambahnya usia.

Sementara itu, tim tersebut terus meningkatkan sistem jaringan pada chip dan telah bekerja sama dengan Laboratorium Radiasi Luar Angkasa NASA untuk mempelajari dampak radiasi luar angkasa pada otot jantung.

Pengujian ini akan menilai ancaman sinar matahari dan kosmik terhadap kesehatan kardiovaskular di luar Orbit Bumi Rendah (LEO), tempat medan magnet Bumi melindungi dari sebagian besar radiasi luar angkasa.