يأتي السفر في الفضاء السحيق مصحوبًا بجانب سلبي كبير، وهو التعرض للإشعاع الذي يمكن أن يقتل رائد الفضاء إما بسرعة أو ببطء مع مرور الوقت إذا لم تتم إدارته بشكل صحيح. ولكن ماذا يعني ذلك بالضبط، وهل هناك أي طريقة للتعامل معه بخلاف لصق المزيد والمزيد من الطبقات الواقية بين الأنظمة البيولوجية الإسفنجية داخل المركبة الفضائية والفراغ الإشعاعي للفضاء السحيق؟ تأمل ورقة بحثية جديدة أجراها باحثون في جامعة ولاية أوكلاهوما ومركز العلوم الصحية بجامعة تكساس في الإجابة على كلا السؤالين، وعلى الرغم من أن أسباب الإشعاع التي أشاروا إليها معقدة، إلا أنها تقدم أيضًا بعض الحلول المحتملة أيضًا.
لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن أحد المصادر الرئيسية للسرطان لدى المسافرين في الفضاء السحيق (وحتى طياري الخطوط الجوية) هو الأشعة الكونية المجرية (GCRs). هذه هي نوى ذرية عالية الطاقة تم تجريدها من إلكتروناتها وتم تسريعها بواسطة موجات صدمية ضخمة من المستعرات الأعظم. لكن عادةً ما يتم إيقافهم بواسطة الغطاء الواقي للغلاف الجوي للأرض قبل أن يتمكنوا من الوصول إلى أي شخص على الأرض.
رواد الفضاء في الفضاء ليسوا محظوظين جدًا، حيث أنهم يتعرضون لمستويات عالية من GCRs، بما في ذلك النوع الأكثر خطورة – العدد الذري العالي، والأيونات عالية الطاقة المعروفة باسم أيونات HZE، مثل نوى الحديد (Fe-56). تعتبر أيونات الحديد أكثر تدميرا حتى من الأشعة السينية، حيث تترك أثرا كثيفا من التأين الذي يمزق حرفيا خيوط الحمض النووي، ومع التعرض الكافي لها، من المؤكد تقريبا أنها ستسبب السرطان.
فيديو يشرح بعض مخاطر الإشعاع الفضائي. ائتمان – قناة فيديو ناسا على اليوتيوب
ومع ذلك، فهي نادرة نسبيا. في رحلة نموذجية مدتها ثلاث سنوات إلى المريخ، تقدر الحسابات المستندة إلى بيانات رحلة كيوريوسيتي إلى هناك أن حوالي 3% فقط من خلايا رائد الفضاء ستتلقى ضربة مباشرة من أيون الحديد. لا يبدو هذا فظيعًا، نظرًا لأنه يعني أن 97% من خلايا الشخص لن تتأثر. لكن جراحي الطيران يشعرون بالقلق إزاء ما يسمونه تأثير المتفرج الناجم عن الإشعاع.
ولتوضيح هذا الخطر، جمع الباحثون مجموعات من الخلايا البطانية الأبهرية البشرية – وهو النوع الذي يبطن جدران الأوعية الدموية – وأخضعوها لأشعة Fe-56 الأيونية في مختبر الإشعاع الفضائي التابع لمختبر بروكهافن الوطني التابع لناسا. في مثل هذه الظروف، يصبح من الواضح أن الخلايا التي تتعرض مباشرة لأيونات الحديد لا يمكنها ببساطة إصلاح نفسها، أو حتى الموت. وبدلاً من ذلك يبدأون سلسلة من الإشارات الالتهابية.
بعد ضرب الخلية بأيون الحديد، فإنه ينشط عامل النسخ المسمى NF-B، وهو أمر بالغ الأهمية للالتهابات والدفاع الخلوي. كما أنه أدى أيضًا إلى إنتاج جزيء رسول التهابي مهم آخر يسمى عامل نخر الورم ألفا (TNF-). يرتبط بعض هذا الجزيء مرة أخرى بسطح الخلية التي أفرزته فيما يسمى بالحلقة الاستبدادية، مما يؤدي إلى إنشاء حلقة تنتج بعد ذلك المزيد من NF-B، وتعزز حلقة إشارات الاستغاثة الالتهابية لمدة تزيد عن ثلاثة أيام.
فيديو يصف مختبر الإشعاع التابع لناسا في مختبر بروكهافن الوطني حيث أجرى الباحث بعض الاختبارات الخلوية. الائتمان – مجموعة فيديو ناسا
لكن بعضًا من TNF- يغزو أيضًا الخلايا المجاورة ويسبب الفوضى فيها. ولعرض ذلك، وضع الباحثون بعض الخلايا البطانية المشععة في شبكة مسامية تحوم فوق مجموعة من الخلايا الظهارية الطبيعية – من النوع الذي يبطن الرئتين. لم يتلامس خطا الخلايا جسديًا، وكانا مترابطين فقط من خلال وسط سائل يمكن أن تنتقل عبره الإشارات الكيميائية.
على الرغم من الانفصال الجسدي، تأثرت الخلايا المجاورة بشدة بعامل نخر الورم القادم من الخلايا المجاورة المتعرضة للإشعاع. لقد عانوا من طفرات هائلة في الجذور الحرة، مع زيادة ملحوظة في تكسر الحمض النووي المزدوج. كما تجاوز عامل TNF- الوارد أيضًا “مفتاح القتل” البيولوجي الطبيعي الذي من شأنه أن يمنع الطفرات الضارة للخلية من الانتشار عن طريق تشغيل العديد من الجينات المضادة للموت وتنشيط إشارة النمو. وبعبارة أخرى، فإن الآليات الدقيقة التي يقوم بها TNF- تعطل الآليات الدقيقة التي تستخدمها الخلية عادةً للتوقف عن تكوين السرطان.
ولإثبات وجهة نظرهم بشكل أكبر، لجأ الباحثون إلى نماذج الفئران. وقاموا بزراعة بعض الخلايا الظهارية غير السرطانية التي كانت موجودة ببساطة في وجود الخلايا البطانية المشععة في الفئران، وراقبوا نمو تلك الخلايا المحددة لأورام جوهرية. وبعبارة أخرى، فإن الخلايا التي لم تتأثر بشكل مباشر من قبل بالـ GCR الإشعاعي بدأت في نمو ورم لمجرد أنها كانت حول خلية أخرى تأثرت.
في خطوة أخرى إلى أعلى سلسلة الاختبارات البيولوجية، نظر الباحثون أيضًا في البيانات من تجربة Space Omics و Medical Atlas، والتي أخذت سلسلة من عينات الدم وخزعات الأنسجة من رواد الفضاء في مهمة SpaceX Inspiration4 في عام 2021. ووجدوا طفرات نظامية في TNF-، بالإضافة إلى نشاط متزايد للجينات المضادة للوفاة التي تم تحفيزها كجزء من سلسلة الإشعاع. بمعنى آخر، لم تكن هذه التأثيرات مجرد خدعة مختبرية، بل يبدو أنها تحدث لدى رواد الفضاء الحقيقيين أيضًا.
يتحدث فريزر عن إحدى الطرق لحماية رواد الفضاء من الإشعاع، وهي بناء غلاف مغناطيسي اصطناعي.
لذلك، بدا كل هذا وكأنه أخبار سيئة. ولكن هناك جانب إيجابي، فإذا عرفنا مسار الإشارات الكيميائية لهذا الانهيار في وظيفة الخلية، فيمكننا تقديم تدابير مضادة. في الواقع، تمكن الباحثون من كسر السلسلة عن طريق تثبيط مستقبل TNF وإيقاف تنشيط NF-B، مما يسمح للخلايا بتجنب التحولات السرطانية في نهاية مسار الإشارات الكيميائية.
إن الجمع بين هذه التدخلات الكيميائية وتقنيات الحماية المتقدمة، مثل الجدران المائية والبوليمرات الغنية بالهيدروجين مثل البوليسترين، يمكن أن يحد بشكل كبير من حدوث السرطان لدى المسافرين إلى الفضاء السحيق في المستقبل. لكن الأمر سيتطلب المزيد من الأبحاث لإثبات أن تقنيات الحماية لدينا ترقى إلى مستوى المهمة. قبل أن نبدأ بإرسال الكثير من البشر إلى الفراغ الذي تتقاطع فيه الـGCRs، من المفيد أن نلقي نظرة فاحصة على كيفية إنقاذهم من هذه الجزيئات الخطيرة بشكل خاص.
يتعلم أكثر:
ن. أرافيندان وزملاؤه – الإشعاع الفضائي يثير مخاطر السرطان الخفية: الكشف عن تأثير المتفرج
UT – نحن نعلم مقدار الإشعاع الذي سيتلقاه رواد الفضاء، لكننا لا نعرف كيفية منعه
UT – مرض الإشعاع والتلف الخلوي وزيادة خطر الإصابة بالسرطان في البعثات طويلة المدى إلى المريخ
UT – معدلات الإصابة بالسرطان ترتفع وتنخفض مع الأشعة الكونية
