Naukowcy badają zanik mięśni podczas lotów kosmicznych

Nawet intensywne ćwiczenia astronautów nie są w stanie zrekompensować utraty masy mięśniowej spowodowanej mikrograwitacją. Jak udało ustalić się badaczom, zanik mięśni następuje częściowo w wyniku działania mechanizmu regulującego wchłanianie wapnia.

Ostatnie badania wykazały, że ekspozycja na loty kosmiczne zmienia wchłanianie wapnia w mięśniach. Jednak mechanizmy molekularne, które napędzają te zmiany, nie są jeszcze dobrze poznane.

Naukowcy z Ames Research Center zbadali te mechanizmy, stosując uczenie maszynowe (ML) do identyfikacji wzorców w zbiorach danych dotyczących myszy poddanych warunkom mikrograwitacji. Metody sztucznej inteligencji są szczególnie skuteczne w identyfikowaniu wzorców w złożonych danych biologicznych i nadają się do badań przeprowadzanych w kosmosie, gdzie małe zbiory danych są często łączone w celu zwiększenia mocy statystycznej i szybszego poznania zależności.

Zdaniem badaczy, trening oporowy może przeciwdziałać negatywnemu wpływowi mikrograwitacji na zanik mięśni, ale nowe badania Ames Research Center mają na celu zrozumienie mechanizmów fizjologicznych tych oddziaływań w celu zidentyfikowania biomarkerów, które mogą posłużyć do opracowania nowych, lepszych i bardziej wydajnych środków zaradczych. Badanie zostało przeprowadzone w ramach projektu NASA Space Life Sciences Training Program w Ames Research Center. Zostało opublikowane w czasopiśmie npj Microgravity.

Jak twierdzą naukowcy, analiza uczenia maszynowego pokazuje molekularne czynniki wpływające na fizjologiczne zmiany w kanale wapniowym pompy sarkoplazmatycznej (retikulum endoplazmatycznego – SERCA), prowadzące do zmian w mięśniach i utraty ich masy u gryzoni odbywających loty kosmiczne. Modele ML zostały stworzone przez badaczy w celu identyfikacji białek, które mogłyby potwierdzić odporność organizmu do wchłaniania wapnia w mięśniach w warunkach mikrograwitacji. W czasie analizy wykryto białka, Acyp1 i Rps7, które okazały się być najprawdopodobniej najbardziej związane ze zwiększonym poborem wapnia w mięśniach szybko kurczących się.

Jak wskazują prowadzący program Space Life Sciences Training Program, badanie to stanowiło pierwsze spojrzenie na wykorzystanie uczenia się maszynowego w obserwacji wchłaniania wapnia w mięśniach narażonych na warunki mikrograwitacji. Zdaniem naukowców tego rodzaju badania prowadzone przez NASA są kluczowe dla przyszłych załogowych misji w ramach programu Artemis na Księżyc oraz na Marasa, oraz dalszej możliwości przebywania człowieka w przestrzeni kosmicznej.

Emil Gołoś