Hội chứng thoái hóa xương không chỉ ở những nhà du hành vũ trụ mà còn xuất hiện cả trên loài cá

Chú cá đi du lịch trên Trạm Vũ trụ Quốc tế vào năm 2014 đã trải qua một quá trình đáng kinh ngạc: gần như ngay lập tức mật độ xương của nó bị giảm xuống khi gặp môi trường không trọng lực của quỹ đạo. Điều này được dựa theo một nghiên cứu mới được công bố gần đây trong Scientific Reports bởi một nhóm các nhà sinh học tại Viện Công nghệ Tokyo, những người đã tiến hành thí nghiệm chụp ảnh từ xa trên cá medaka khi chúng mới nở ngoài không gian.

Nhìn chung những phát hiện này vẫn đang được xem xét nhưng không phải tất cả trong số đó đều gây bất ngờ. Những tác động lớn của trọng lực đến mật độ xương đã được quan sát thấy ở những phi hành gia khi họ ở trên trạm ISS, nơi mà hệ xương bắt đầu bị suy thoái sau khoảng 20 ngày trên quỹ đạo trong một quá trình tương tự như bệnh loãng xương thường xảy ra ở người cao tuổi. Tuy nhiên, cơ chế đằng sau quá trình này vẫn còn đang được khám phá, vì cả lợi ích trong du lịch không gian lẫn điều trị bệnh loãng xương trên Trái đất. Vì vậy mà các nhà khoa học nghiên cứu cá medaka, loài có quá trình hình thành xương tương tự với con người.

“Trong môi trường không trọng lực, có rất nhiều thay đổi trong cơ thể động vật, như thay đổi chất lỏng, tăng huyết áp và gây chóng mặt”, Akira Kudo, tác giả chính của nghiên cứu và các đồng nghiệp giải thích. “Đặc biệt, mật độ khoáng trong xương giảm xuống trong môi trường không trọng lực, nhưng vẫn chưa rõ tạo cốt bào hay hủy cốt bào phản ứng trước khi ở trên quỹ đạo”.

Để hiểu rõ hơn về những tác động sinh học của “áp lực không trọng lực”, có hai loại tế bào cần được quan sát: tạo cốt bào và hủy cốt bào. Tạo cốt bào có trách nhiệm trong việc phá vỡ các tế bào xương, một vai trò quan trọng trong việc làm lành và duy trì xương, trong khi hủy cốt bào tạo ra các khoang sử dụng trong việc hình thành xương.

Các nhà nghiên cứu đã có điều kiện quan sát hoạt động của những tế bào này từ một phòng thí nghiệm từ xa tại Trung tâm Vũ trụ Tsukuba, sử dụng kính hiển vi huỳnh quang. Về cơ bản, họ tạo những con cá biến đổi gen có khả năng phát sáng dưới các bước sóng khác nhau của ánh sáng. Con cá thực sự đã được nở ra trên Baikonur Cosmodrome, một tàu vũ trụ Soyuz được phóng tại Kazakhstan, sau khi được chuyển tới từ Nhật Bản trong hình dạng một quả trứng bởi Kudo và các đồng nghiệp.

Cá medaka cập bến Trạm Vũ trụ Quốc tế

Con cá dành sáu tuần đầu tiên trong vòng đời đặc biệt của nó ở cơ sở phóng tàu vũ trụ trước khi được cho vào một loại gel đặc biệt, phục vụ cho chuyến đi ra ngoài Trái đất trên tàu vũ trụ Soyuz TMA-10M. Sau đó, họ dành 2 tháng tiếp theo để nuôi dưỡng nó trên ISS. Trong 8 ngày đầu tiên, các nhà nghiên cứu ở Trái đất quan sát nó thông qua kính hiển vi huỳnh quang, phát hiện những tế bào xương của con cá hoạt động bất thường theo thời gian. Sự quan sát này được so sánh với một nhóm kiểm soát khác ở Trái đất cũng quan sát trứng cá medaka.

Dấu diệu biểu hiện gen trên cả hai loại tế bào xương tăng đáng kể so với nhóm kiểm soát medaka ở Trái đất. Vào ngày đầu tiên, mức tăng này được thấy trong hủy cốt bào, nơi nó tiếp tục tồn tại cho đến ngày thứ 8. Ở tạo cốt bào, sự tăng lên diễn ra trong 4 ngày sau khi đến trạm ISS. Sự gia tăng hủy cốt bào được thấy trong hai loại gen khác nhau là: osterix và osteocalcin. Thông thường, sự xuất hiện này ở loài cá phát triển ở những giai đoạn khác nhau, với việc gen osterix xuất hiện vài ngày trước khi xuất hiện osteocalcin. Nhưng ở đây, chúng xuất hiện đồng thời, mang đến một manh mối mới về cơ chế hoạt động của tình trạng “mất xương” ở những nhà du hành vũ trụ, và có lẽ cũng liên quan đến vấn đề loãng xương ở người già.

Tất nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chỉ đang nói về một con cá được lai tạo trong phòng thí nghiệm trên trạm không gian, vậy rõ ràng cần có thêm nhiều nghiên cứu nữa để áp dụng những hiểu biết này lên con người. Nhưng tóm lại, Kudo và nhóm của ông có thể đã mở ra cả một ngành khoa học mới: “sinh học trọng lực”.

Tham khảo Motherboard