우주에 한 달만 있어도 심장이 늙는다?

NASA 연구팀이 인공 심장 조직을 국제우주정거장(ISS)에 보내 30일 동안 변화를 관찰한 결과, 심장 조직이 약해지고 박동 패턴이 불규칙해졌으며, 분자적·유전적 변화가 발생해 마치 노화가 진행된 것처럼 보였다는 사실이 밝혀졌다. 이 연구는 ‘미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)’에 발표됐다.

미세중력 환경은 인체에 큰 부담을 준다. 우주비행사들은 우주에서 불규칙한 심장 박동을 비롯한 심혈관계 변화를 경험하는데, 장기 우주비행이 심장에 미치는 구체적인 분자적 변화는 명확히 밝혀지지 않았다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘심장-온-어-칩’이라는 시스템을 개발해 ISS로 보냈다. 이 시스템은 유도만능줄기세포(iPSC)로 만든 인간 심장 근육 세포를 활용해, 실험실에서 심장이 수축하고 박동하는 것처럼 모방할 수 있도록 설계했다.

우주에서 실시간으로 심장 조직의 수축 강도와 박동 패턴을 모니터링한 결과, 12일 만에 심장 조직의 수축력은 거의 절반으로 줄어들었으며, 지구에 남아 있던 대조군은 큰 변화가 없었다. 우주에서 박동 간격이 점점 불규칙해졌지만, 지구로 돌아온 후에는 정상으로 회복되었다. 이는 우주비행사들이 장기 우주 체류 중 겪는 심혈관계 스트레스가 지구에 돌아온 뒤 어느 정도 회복될 수 있음을 시사한다.

우주에서 돌아온 심장 조직을 전자현미경으로 분석한 결과, 근육 수축을 담당하는 단백질 다발인 사코메어는 짧아지고 불규칙해졌으며, 미토콘드리아는 부풀어오르고 파편화된 상태였다. 유전자 분석에서는 염증과 심장 질환과 관련된 유전자 발현이 증가한 반면, 정상적인 심장 기능과 미토콘드리아 기능을 유지하는 데 필요한 유전자 발현은 감소했다.

연구팀은 앞으로 더 오랜 기간 동안 우주에서 실험을 진행해 심장이 받는 영향을 더 깊이 연구하고, 미세중력이 심장에 미치는 영향을 완화할 수 있는 약물 테스트도 계획하고 있다.

이 연구는 장기 우주비행이 인간 심장에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 향후 우주 탐사와 관련된 의학 연구에 중요한 자료가 될 것이다.

참고 자료

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-03105-x