Исследователи Университета штата Оклахома и Научного центра здоровья Техасского университета изучили, как космическое излучение может повышать риск рака у астронавтов. Работа посвящена не только прямому повреждению клеток, но и так называемому эффекту радиационного свидетеля, при котором пострадать могут соседние клетки. Результаты исследования опубликованы в статье N. Aravindan и соавторов «Space Radiation Sparks Hidden Cancer Risks: The Bystander Effect Unveiled».
Одним из главных источников опасности считаются галактические космические лучи — высокоэнергетические атомные ядра, лишённые электронов и ускоренные ударными волнами сверхновых. Атмосфера Земли обычно задерживает их, однако в космосе астронавты подвергаются воздействию таких частиц напрямую. Наиболее разрушительными считаются тяжёлые ионы с большим атомным номером и высокой энергией, включая ядра железа Fe-56.
Железные ионы оставляют плотный след ионизации, повреждая цепи ДНК сильнее, чем рентгеновское излучение. По расчётам, основанным на данных миссии марсохода Curiosity, за трёхлетний полёт к Марсу и обратно прямое попадание иона железа может затронуть около 3% клеток астронавта. Однако даже неповреждённые клетки способны подвергнуться опасным изменениям из-за сигналов, поступающих от поражённых соседей.
Чтобы изучить этот механизм, учёные облучили пучками Fe-56 человеческие эндотелиальные клетки аорты в Лаборатории космической радиации NASA при Брукхейвенской национальной лаборатории. После попадания иона клетки активировали фактор транскрипции NF-κB, связанный с воспалением и защитой клеток, а также начали вырабатывать сигнальную молекулу фактора некроза опухоли альфа (TNF-α). Часть TNF-α возвращалась к поверхности той же клетки, поддерживая воспалительный сигнал и активность NF-κB более трёх суток.
Затем облучённые клетки поместили в пористую мембрану над здоровыми эпителиальными клетками, выстилающими лёгкие. Физического контакта между ними не было, но химические сигналы проходили через жидкую среду. Под воздействием TNF-α у соседних клеток резко возрастал уровень свободных радикалов и число разрывов обеих цепей ДНК, а также включались гены, препятствующие гибели клеток, и сигналы роста, которые могли способствовать развитию опухоли.
Опыт на мышах показал, что незлокачественные эпителиальные клетки, находившиеся рядом с облучёнными эндотелиальными клетками, сами начинали формировать крупные опухоли. Анализ образцов крови и тканей участников миссии SpaceX Inspiration4, состоявшейся в 2021 году, также выявил системное повышение TNF-α и активность генов, блокирующих гибель клеток. Исследователи смогли остановить опасную цепочку, подавив рецептор TNF-α и активность NF-κB; дополнительную защиту, по их оценке, могут обеспечить водяные экраны и богатые водородом полимеры, например полистирол, однако для проверки эффективности этих мер нужны дальнейшие исследования.