مهمة MicroAge: التصميم التجريبي والأجهزة لنظام زراعة مخصّص يدعم عضلات الهيكل العظمي المهندَسة نسيجياً

لماذا يساعد الفضاء على فهم ضعف العضلات

مع التقدّم في العمر، تنكمش العضلات وتضعف تدريجياً، مما يجعل المهام اليومية أصعب ويزيد من مخاطر السقوط والهزال. يختبر رواد الفضاء فقداناً مشابهاً للعضلات في غضون أسابيع فقط عند العيش في ظل انعدام الوزن. حولت مهمة MicroAge محطة الفضاء الدولية إلى مختبر لدراسة هذا الفقدان السريع للعضلات باستخدام عضلات بشرية صغيرة مزروعة مخبرياً وأجهزة مخصّصة. من خلال فهم كيف تتصرف العضلات بشكل خاطئ في الفضاء، يأمل الفريق في كشف طرق جديدة للحفاظ على قوة العضلات لكل من الرواد وكبار السن على الأرض.

العضلات في الفضاء كزر تسريع

في المدار، يختفي السحب الاعتيادي للجاذبية، ولا تعود العضلات تعمل بجهد لدعم الجسم. حتى مع ممارسة التمارين اليومية الصارمة، يفقد الرواد 3–10% من حجم العضلات خلال بضعة أسابيع فقط، وأكثر بكثير أثناء المهام الطويلة. هذا النمط يشبه بشكل ملفت تراجع العضلات المرتبط بالسن على الأرض، لكنه مُسرَّع. هدفت MicroAge إلى اختبار ما إذا كانت التغيرات البيولوجية الأساسية نفسها تعمل في الحالتين، مع التركيز على استجابة خلايا العضلات للانقباض والإشارات الكيميائية التي تساعدها عادةً على التكيف والبقاء قوية.

بناء عضلات بشرية مصغّرة

بدلاً من دراسة عضلات الحيوانات أو طبقات خلوية مسطّحة في طبق، هندس الفريق «شرائط» عضلية بشرية ثلاثية الأبعاد. بدأوا بخط خلوي بشري موصوف جيداً، مزجوا الخلايا في هلام لين مصنوع من الفِيبْرِينَ ومواد طبيعية أخرى، وصبّوا هذا المزيج في أطر بلاستيكية مطبوعة ثلاثية الأبعاد مخصّصة. خلال نحو 12 يوماً، سحبت الخلايا على الهلام وعلى بعضها البعض، مكوِّنة حزم عضلية محاذية تشبه الحبال ومشدودة بين نقاط تثبيت ثابتة، مطابقة إلى حد بعيد بنية ألياف العضلات الحقيقية. أكدت الصبغات المجهرية الدقيقة أن الخلايا نظمت نفسها إلى نسيج عضلي مخطط وناضج قادر على الانقباض.

أجهزة ذكية لعضلات في المدار

لإبقاء هذه البنى الرقيقة حية في الفضاء، عمل الباحثون مع مهندسين على تصميم نظام زراعة مدمج يتناسب مع حاضنة وكالة الفضاء الأوروبية Kubik على محطة الفضاء الدولية. احتوى كل وحدة تجربة على حجرة ثقافة لحمل السقالة العضلية، ومضخات وأنابيب صغيرة لتجديد المغذيات، وخزان سائل ذو جزأين يخزن كل من الوسط الغذائي الطازج والمثبت للتحليل لاحقاً. سمحت غشاء رقيق نافذ للغازات للأكسجين والغازات الأخرى بالانتشار داخل وخارج مع الحفاظ على احتواء السائل. اختار الفريق مواد متوافقة حيوياً ومتينة بما يكفي لظروف الإطلاق، وتحققوا من قابلية ضخ السوائل بشكل موثوق في انعدام الجاذبية باستخدام غشاء مرن يدفع السوائل نحو المخرج ويجمع الوسط المستخدم على الجانب المقابل.

جعل العضلات تعمل وقياس مجهودها

الطفو البسيط في الفضاء لا يكشف كفاية عن سلوك العضلات؛ فهي تحتاج أيضاً إلى «تمرين». وفرت أقطاب بلاتينية مدمجة في الحجرة دفعات قصيرة من النبضات الكهربائية، مما دفع شرائط العضلات للانقباض بنمط مسيطر عليه. وبما أن تركيب مجسات القوة أو الكاميرات كان غير عملي في المساحة الضيقة المتاحة، استخدم الفريق حلاً مبتكراً: راقبوا المعاوقة الكهربائية، التي تتغير مع تغير شكل النسيج وبنيته الداخلية أثناء الانقباض. من خلال مقارنة المعاوقة أثناء وبعد التحفيز للحوامل الفارغة والأنسجة الميتة والتراكيب الحية، أظهروا أن العضلات المنقبضة أنتجت توقيعاً مميزاً عند الترددات المنخفضة، مما يثبت أن النظام قادر على كشف النشاط الوظيفي دون أجزاء متحركة.

إبقاء الخلايا حية من الصاروخ إلى المحطة الفضائية

تحدٍ كبير آخر كان الوقت بين الإطلاق على الأرض وتركيبها في الحاضنة في المدار، عندما لا يكون هناك تدفئة أو تبريد نشط أو تحكم في ثاني أكسيد الكربون. فحص الفريق وسائط ثقافة «غير معتمدة على CO₂» ودرجات حرارة التخزين المختلفة باستخدام طبقات خلوية عضلية مسطحة. وجدوا أن وسطاً يُدعى Leibovitz L-15، الذي يعتمد على أملاح وسكريات خاصة بدل غاز CO₂ المذاب للحفاظ على درجة الحموضة ثابتة، حافظ على بقاء الخلايا بأفضل شكل. ومن المدهش أن تخزين الثقافات عند درجة حرارة أخفض قليلاً 30 °C، دون تغيير الوسط لمدة خمسة أيام، إبقاها بصحة مساوية على الأقل لظروف 37 °C القياسية مع التغذية المنتظمة. قللت هذه الإستراتيجية من الطلب الأيضي وتراكم النفايات، مما كسب وقتاً ثميناً خلال الإطلاق والالتحام.

ماذا يعني هذا العمل للحياة على الأرض وفي الفضاء

تقدم مهمة MicroAge في المقام الأول وصفاً لكيفية بناء الفريق واختبار هذا النظام المخصّص للزراعة بدلاً من النتائج البيولوجية النهائية، التي ستنشر في أوراق لاحقة. ومع ذلك، تظهر الدراسة أنه من الممكن زراعة نسيج عضلي بشري واقعي، إرساله إلى المدار، تحفيزه للانقباض، ومراقبة سلوكه باستخدام أجهزة مدمجة وشبه آلية. يفتح هذا الباب لدراسة كيف يمكن للجينات والتحفيز الشبيه بالتمرين والجاذبية الاصطناعية حماية العضلات في الفضاء، واستخدام انعدام الجاذبية كنموذج مسرّع لشيخوخة العضلات. في النهاية، قد توجه النتائج المستقاة من هذه العضلات الصغيرة في المدار علاجات واستراتيجيات تدريبية جديدة لمساعدة الناس على الأرض في الحفاظ على القوة والاستقلال وجودة الحياة مع تقدّمهم في العمر.

الاستشهاد: Jones, S.W., Shigdar, S., Temple, J. et al. MicroAge mission: experimental design and hardware for a bespoke culture system supporting tissue-engineered skeletal muscle. npj Microgravity 12, 29 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00579-z

الكلمات المفتاحية: انعدام الجاذبية, عضلات هيكلية, هندسة الأنسجة, بيولوجيا الرحلات الفضائية, شيخوخة العضلات