مع اكتساب السفر إلى الفضاء المزيد من الاهتمام وقضاء رواد الفضاء وقتًا متزايدًا في الفضاء، أصبحت دراسة آثاره على الصحة أمرًا بالغ الأهمية بشكل متزايد.
هل السفر إلى الفضاء آمن حقاً؟ وبعيدًا عن ذلك، فقد أظهرت الأبحاث أن تأثيرات الإشعاع الفضائي والجاذبية الصغرى على جسم الإنسان ضارة وطويلة الأمد. ومع ذلك، فإن خلق الظروف الفضائية على الأرض يمكن أن يساعد الباحثين في علاج السرطان.
نحن مهندسو الطب الحيوي ندرس كيفية تغير خلايا الجسم في ظل الجاذبية الصغرى. تتيح محاكاة ظروف الجاذبية الصغرى على الأرض للباحثين دراسة آثارها دون الحاجة إلى السفر إلى الفضاء.
الأبحاث المخبرية في الفضاء
الجاذبية الصغرى هي حالة تكون فيها الجاذبية ضعيفة للغاية وتكون الأجسام عديمة الوزن تقريبًا. ويحدث هذا في الفضاء، حيث بالكاد تؤثر جاذبية الأرض على رواد الفضاء.
يمكن أن يؤدي التواجد في بيئة الجاذبية الصغرى لفترة طويلة إلى العديد من المشكلات الصحية، بما في ذلك فقدان العظام وضعف العضلات وانتفاخ الوجه وتغيرات في القلب. وحتى بعد عودة رواد الفضاء إلى الأرض، فإن أجسادهم لا تعود إلى وضعها الطبيعي تمامًا.
إن دراسة كيفية استجابة الخلايا والأعضاء والأنسجة للجاذبية الصغرى يمكن أن تساعد العلماء على فهم أفضل لكيفية معالجة أي تغييرات ضارة ذات صلة بالجسم. ومع ذلك، فإن إجراء البحوث على عينات مخبرية في الفضاء يواجه تحديات كبيرة.
إن إطلاق المعدات والعينات أمر مكلف، ويجب التخطيط للتجارب حول ظروف انعدام الوزن وقوة الإطلاق. إن المواعيد النهائية الصارمة، ومحدودية الوصول إلى البعثات الفضائية، والاعتماد على رواد الفضاء لإجراء التجارب تزيد من تعقيد هذه الدراسات، مما يجعل الدقة والتعاون أمرين حاسمين لتحقيق النجاح.
قد يكون من الصعب أيضًا الوصول إلى العينات بعد إرسالها إلى الفضاء. إنهم معرضون للتلف أثناء وجودهم في الظروف القاسية للفضاء وأثناء عودتهم إلى الأرض.
يمكن أن تستغرق عملية تخطيط وتنفيذ دراسة معملية في الفضاء وقتًا طويلاً، مما يحد من التطبيق العملي للتجارب المتكررة.
دراسة الجاذبية الصغرى على الأرض
ولمعالجة هذه القضايا، طور العلماء معدات قادرة على محاكاة ظروف الجاذبية الصغرى على الأرض.
أحد هذه الأجهزة هو الكلينوستات، وهو جهاز يقوم بتدوير العينات بشكل مستمر لمحاكاة تأثيرات الجاذبية المنخفضة. ومن خلال الدوران المستمر، فإنه ينشر تأثيرات الجاذبية بالتساوي بحيث تكون العينة “عديمة الوزن” أو قريبة منها. لتقليد تأثيرات الجاذبية الصغرى، يجب أن يدور جهاز الكلينوستات بالسرعة المناسبة تمامًا – بسرعة كافية بحيث لا تتفاعل العينة مع الجاذبية، ولكن ليس بسرعة كبيرة بحيث تشعر بالقوى القوية الأخرى.
هناك طريقة أخرى تسمى الرحلان الكهربائي، حيث تضع الجسيمات مثل الخلايا في مجال كهربائي غير منتظم. على عكس المجال الكهربائي المنتظم، الذي له نفس القوة والاتجاه في كل مكان، يتغير المجال الكهربائي غير المنتظم في القوة أو الاتجاه عند نقاط مختلفة. ويؤدي هذا المجال غير المستوي إلى تحرك الخلايا بناءً على الاختلافات في خواصها الكهربائية مقارنة بالسائل المحيط بها، مما يمكن الباحثين من فصلها ودراستها. في حين تم استخدام هذه التقنية على نطاق واسع على الأرض، فإن استكشاف تطبيقها في بيئات الجاذبية الصغرى يمكن أن يسمح للباحثين بالتعامل بشكل أكثر دقة مع الجسيمات وإجراء أبحاث غير ممكنة في ظل جاذبية الأرض.
توفر أدوات مثل clinostats وdielectrophoresis طريقة أسهل وأرخص وأسرع لدراسة تأثيرات الجاذبية الصغرى على الخلايا مقارنة بالبعثات الفضائية. فهي فعالة من حيث التكلفة ومحمولة، وتتطلب معدات أقل تكلفة وكمية أصغر من العينات لتوليد بيانات موثوقة بسرعة.
الجاذبية الصغرى والسرطان
في حين أن الجاذبية الصغرى يمكن أن تسبب السرطان، إلا أنها يمكن أن تساعد الباحثين على فهم السرطان وعلاجه بشكل أفضل.
يعد السرطان أحد أكثر الأمراض صعوبة في العلاج لأنه يتطور بسرعة ويصبح في كثير من الأحيان مقاومًا للعلاجات المتاحة. ومن خلال مراقبة الخلايا السرطانية في الجاذبية الصغرى، يمكن للباحثين دراسة كيفية نموها وتقسيمها واستجابتها للأدوية في ظل ظروف مختلفة. بعبارات بسيطة، نقوم بإخراج الخلايا السرطانية من منطقة راحتها لنرى كيف تتفاعل مع بيئة غير معروفة.
على سبيل المثال، لاحظ الباحثون أن الخلايا السرطانية حسنت قدرتها على البقاء في ظل الجاذبية الصغرى. لقد رأوا أيضًا تغييرات في خصائصهم الكهربائية. وأظهرت دراسات أخرى أن الجاذبية الصغرى يمكن أن تغير وظيفة الخلايا المناعية وكيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض.
يفترض فريقنا وآخرون أن الخلايا السرطانية قد تستجيب بشكل أكثر فعالية لبعض الأدوية عند تعرضها لبيئة انعدام الوزن. نحن نبحث فيما إذا كان بإمكاننا استخدام الجاذبية الصغرى للتلاعب بالخلايا السرطانية لتتصرف بشكل أقل عدوانية وتصبح أكثر عرضة للعلاج.
ولا يزال هذا البحث في بداياته. ولكن إذا نجحت هذه الأفكار، فيمكن أن تساعد الباحثين على تطوير علاجات جديدة أكثر فعالية هنا على الأرض.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: ساي ديبيكا ريدي يارام، جامعة وست فرجينيا وسوميا سريفاستافا، جامعة وست فرجينيا
اقرأ المزيد:
لا يعمل المؤلفون أو يستشيرون أو يمتلكون أسهمًا في أي شركة أو مؤسسة أو يتلقون تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشفوا عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينهم الأكاديمي.