Khi các phi hành gia tiến xa hơn vào không gian, mức độ tiếp xúc với bức xạ ion hóa tăng lên. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Columbia đang mô phỏng các tác động của bức xạ không gian lên Trái đất để xác định tác động của nó đối với sinh lý học của con người bằng cách sử dụng chip mô đa cơ quan. Công trình của họ ghi lại các tác động khác biệt được thấy trong các mô sau khi tiếp xúc với bức xạ cấp tính và kéo dài và xác định nhiều gen đặc biệt có thể giúp cung cấp thông tin cho sự phát triển của các công nghệ bảo vệ bức xạ trong tương lai. Công trình này đã được công bố trên Tạp chí Advanced Science.
Khi hoạt động thám hiểm không gian ngày càng phát triển và tiếp tục tiến xa, việc hiểu được tác hại về mặt sinh lý do bức xạ không gian gây ra đóng vai trò quan trọng trong giảm thiểu tác động đối với con người. Các mô hình đa cơ quan với bức xạ vũ trụ mô phỏng và hỗ trợ các nghiên cứu hiện nay đã đặt nền tảng cho sự cải tiến công nghệ bảo vệ bức xạ trong tương lai. Trong quá trình du hành không gian, các phi hành gia liên tục bị bắn phá bởi các tia vũ trụ thiên hà (GCR), bao gồm các nguyên tử chuyển động nhanh di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Ở tốc độ cao, các electron của các nguyên tử này giải phóng, để lại các hạt nhân bị ion hóa đánh bật các electron vào vật liệu xung quanh mà chúng đi qua. Trên Trái đất, chúng ta được bảo vệ khỏi các nguồn bức xạ như GCR bởi bầu khí quyển. Từ trường của hành tinh cũng đóng vai trò như một lá chắn chống lại bức xạ.
Chip đa cơ quan (Nguồn: Naveed Tavakol và Kacey Ronaldson-Bouchard)
Tiến sĩ Naveed Tavakol, một nhà khoa học nghiên cứu sau tiến sĩ tại Khoa Kỹ thuật Y sinh của Đại học Columbia, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: “GCR gây hại nhiều hơn nhiều so với tia gamma hoặc tia X do các ion nặng có thể tương tác với tàu vũ trụ và giải phóng các hạt thứ cấp năng lượng cao, làm hỏng DNA của các phi hành gia trong các mô trên khắp cơ thể. Việc tiếp xúc với GCR được dự đoán sẽ làm tăng nguy cơ mắc hội chứng bức xạ cấp tính và có thể gây ra các hậu quả sức khỏe khác, bao gồm ung thư và bệnh tim”.
Các mô hình hiện tại được tạo ra để nghiên cứu tổn thương do GCR đi kèm với những cảnh báo quan trọng. Các mô hình động vật tiền lâm sàng không mô phỏng hoàn toàn bản chất sinh học của con người và không thể biểu diễn chính xác các yếu tố cụ thể của từng bệnh nhân, như theo đặc tính dân tộc và độ tuổi. Ngoài ra, các mô hình tế bào người bị cô lập thiếu sự hoàn thiện về mặt kiến trúc và chức năng của các mô người khi được nghiên cứu bên ngoài cơ thể. Ý tướng dựng đa cơ quan trên một con chip (multi-OOC), biểu diễn chính xác hơn về sinh lý học của từng cá thể đã được phát triển tại Đại học Columbia. Hệ thống này cho phép các mô hình mô cụ thể của bệnh nhân thuộc các cơ quan khác nhau được kết nối với nhau bằng mạch máu, giống như trong cơ thể người. Hệ thống này cho phép từng loại mô được nuôi cấy trong môi trường tối ưu của nó đồng thời hỗ trợ sự giao tiếp và di chuyển quan trọng của các tế bào miễn dịch giữa các cơ quan.
Sử dụng một OOC đa thành phần gồm tủy xương, cơ tim và mô gan, nhóm kỹ sư sinh học này đã tìm cách hiểu tác động của việc tiếp xúc với bức xạ lên chức năng của các cơ quan và biểu hiện gen. Các phi hành gia tiếp xúc với cả bức xạ cấp tính (tiếp xúc ngắn nhưng mạnh như trong các chuyến đi bộ ngoài không gian) và bức xạ kéo dài (như trong thời gian lưu trú trên Trạm vũ trụ). Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ của họ để định lượng tác động của cả hai loại tiếp xúc và so sánh chúng với một mô hình kiểm soát không tiếp xúc với bức xạ.
Làm việc với Trung tâm Nghiên cứu Xạ học tại Columbia và cơ sở Phòng thí nghiệm Nevis Trường Columbia, các nhà khoa học đã cho các tế bào đa OOC của họ tiếp xúc với bức xạ bằng hệ thống chiếu xạ neutron dựa trên máy gia tốc. Máy gia tốc này tạo ra các neutron năng lượng cao bằng cách tăng tốc các ion hydro và deuterium, bắn phá vào một kim loại cứng được gọi là berili. Các neutron được tạo ra từ những va chạm này rất giống với các hạt nhân ion hóa được tìm thấy trong GCR. Các tế bào đa OOC tiếp xúc với liều bức xạ được chỉ định là 0,5 gray theo cách cấp tính (truyền trong 15-20 phút) hoặc theo cách kéo dài (0,04 gray, 12 lần một ngày trong ba phút trong hai tuần). Kết quả thấy rằng cùng một liều bức xạ tích lũy trong khoảng thời gian hai tuần trái ngược với một liều cấp tính duy nhất, dẫn đến tác động lớn hơn đến chức năng của tủy xương và cơ tim. Bức xạ kéo dài được cho là làm tăng sự biệt hóa của tế bào gốc tủy xương thành tế bào miễn dịch và làm giảm sự biệt hóa của chúng thành tế bào máu, một tiền thân tiềm ẩn của bệnh thiếu máu và/hoặc ung thư máu.
Ngoài ra, những thay đổi về khả năng co bóp của các tế bào tim đã được nhìn thấy sau khi chiếu xạ kéo dài và có khả năng dự đoán bệnh cơ tim phì đại, trong đó cơ tim trở nên quá dày và cứng để bơm máu hiệu quả. Trình tự gen của các tế bào miễn dịch đã di chuyển đến khoang tuần hoàn tiết lộ 58 gen bị ảnh hưởng cụ thể bởi bức xạ kéo dài, xác định các mục tiêu bảo vệ bức xạ tiềm năng. Những phát hiện này xác định một bộ các dấu ấn sinh học có thể giúp phát triển các biện pháp đối phó với bức xạ trong tương lai và chứng minh tính khả thi và tiềm năng mở rộng của nhiều OOC để nghiên cứu phản ứng của cơ thể đối với du hành không gian. Hơn nữa, nghiên cứu này đặt nền tảng cho việc thiết lập các nền tảng “phi hành gia trên chip” cá nhân hóa có thể cung cấp thông tin chi tiết về phản ứng cụ thể của phi hành gia đối với bức xạ và các biện pháp đối phó với bức xạ.
Từ khóa: bức xạ vũ trụ;
– CMD –
