Derin Uzay Yolculuğunun Kanser Tehdidi: Radyasyonun Hücrelerden Hücreye Yaydığı Biyokimyasal Zincirleme Tepki Açığa Çıkarıldı

Oklahoma Devlet Üniversitesi ile Texas Sağlık Bilimleri Merkezi’nde çalışan bilim insanları, derin uzay yolcularında kanserin temel nedenlerinden biri olan galaktik koz ışınlarının hücrelerden diğer hücrelere yaydığı karmaşık biyokimyasal bir zincirleme tepkiyi araştırdı. Uzun süredir bilinen ancak tam olarak işleyişi aydınlatılmayan bu radyasyon kaynaklı kanser riskinin, doğrudan ışına maruz kalan hücrelerle sınırlı kalmadan komşu hücrelere de sıçradığı ortaya kondu ve aynı zamanda bu tehlikeye karşı alınabilecek önlemlere dair umut verici çözümler önerildi.

Araştırmacıların ortaklaşa yaydığı yeni çalışma, derin uzaya yapılan insanlı yolculukların en büyük risklerinden biri olan radyasyon maruziyetinin nasıl bir biyolojik yıkım başlattığını açıklayarak hem bu süreci tanımlamayı hem de buna karşı koyma yollarını araştırmayı hedefliyor. Uzmanlar, uzay araçlarının içindeki hassas biyolojik sistemlerle derin uzayın radyasyon dolu boşluğu arasına konan koruyucu katmanların ötesinde, sorunun kök nedenine ışık tutan bir yaklaşım sunuyor.

Kanser Kaynağı Galaktik Koz Işınları

Bilim insanları uzun zamandır derin uzay yolcularında ve hatta havacılık pilotlarında görülen kanserlerin temel kaynaklarından birinin galakt koz ışınları (GCR) olduğunu biliyor. Bu ışınlar, süpernovalardan çıkan devasa şok dalgalarıyla elektronlarından arındırılıp hızlandırılmış yüksek enerjili atom çekirdeklerinden oluşuyor ve genellikle yeryüzüne ulaşamadan önce Dünya‘nın koruyucu atmosfer tabakası tarafından durduruluyor.

Oysa uzaydaki astronotlar bu şanstan yoksun. Uzayda galakt koz ışınlarına, özellikle de demir çekirdekleri (Fe-56) gibi yüksek atom numarasına ve yüksek enerjiye sahip en tehlikeli parçacıklar olan HZE iyonlarına yoğun biçimde maruz kalıyorlar. Demir iyonları X ışınlarından çok daha yıkıcıdır; DNA sarmallarını parçalayarak geçen yoğun bir iyonlaşma izi bırakır ve yeterli maruziyet durumunda neredeyse kesin olarak kanser oluşumuna yol açar.

Sadece Doğrudan Maruz Kalanlar Değil: Radyasyon Kaynaklı Yan Etki

Bu iyonların nispeten nadir olduğu söylenebilir. Mars’a yapılan tipik üç yıllık gidiş-dönüş yolculuğu için Curiosity’nin bu yolculuğundan elde edilen verilere dayanan hesaplamalar, bir astronotun hücrelerinin ancak yaklaşık yüzde üçünün demir iyonundan doğrudan darbe aldığını gösteriyor. Bu oran kişi hücrelerinin yüzde doksan yedisinin etkilenmeden kaldığı düşünüldüğünde korkutucu görünmeyebilir; ancak hekimler bilim insanlarının “radyasyon kaynaklı yan etki” olarak adlandırdığı durumdan endişe ediyor.

Bu tehlikeyi ortaya koymak için araştırmacılar, kan damarlarının duvarlarını döşeyen insani aortik endotelyal hücre grupları topladı ve bu hücreleri Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki NASA Radyasyon Uzay Laboratuvarında Fe-56 iyon ışınlarına maruz bıraktı. Böylece demir iyonundan doğrudan darbe alan hücrelerin ya kendini onaramayıp ya da ölmeyip yerine inflamatör bir sinyal zincirlemesini başlattığı açıkça görüldü.

Hücreden Hücreye Yayılan İnflamatör Sinyal Döngüsü

Demir iyonundan darbe alan bir hücre, iltihaplanma ve hücresel savunmada kritik rol oynayan NF-B adlı bir transkripsiyon faktörünü aktive ediyor. Aynı zamanda TNF-alfa (TNF-) olarak bilinen başka önemli inflamatör sinyal molekülünün üretimini de açığa çıkarıyor. Bu molekülden bazıları, otokring döngüsü denilen bir süreçle salındığı hücrenin yüzeyine geri bağlanıp daha fazla NF-B oluşturuyor ve üç güne kadar süren inflamatör stres sinyal döngüsünü pekiştiriyor.

Oysa bu TNF- molekülünden bazıları komşu hücrelerin üzerine yayılarak orada da yıkım yaratıyor. Araştırmacılar bunu göstermek için ışına maruz kalan endotelyal hücrelerden birini, akciğerleri döşeyen normal epitelial hücre gruplarının hemen üzerinde süzülen gözenekli bir ağın içine yerleştirdi. Hücre hatları fiziksel olarak birbirine değmiyordu ve yalnızca kimyasal sinyallerin geçebileceği sıvı ortam üzerinden birbirleriyle bağlantılıydı.

Kanser Önleme Mekanizmasının Devre Dışı Bırakılması

Fiziksel kopukluğa rağmen, yakındaki hücreler komşularından gelen yoğun TNF- nedeniyle ciddi biçimde etkilendi. Büyük serbest radikal patlamaları yaşadı ve çift zincirli DNA kırılmalarında belirgin artış görüldü. Gelen TNF-, aynı zamanda bir hücrenin zararlı mutasyonlarının yayılmasını önleyen normal biyolojik “ölüm anahtarını” atladı; bu anahtar birkaç ölümü engelleyici gen aktive edip büyüme sinyalini başlatarak çalışır.

Başka bir deyişle, TNF- devre dışı bıraktığı tam olarak hücrenin kanser oluşumunu durdurmak için normalde kullanacağı mekanizmalar. Araştırmacılar bu noktayı daha da kanıtlamak için fare modellerine yöneldi. Işına maruz kalan endotelyal hücrelerin yanında bulunmuş, ancak doğrudan darbe almamış non-kanser epitelial hücreleri farelere yerleştirip bu hücrelerin substantive tümörler büyüttüğünü gözlemledi. Yani radyasyon ışınından hiç etkilenmemiş hücreler, yalnızca yanlarında böyle bir hücre olması nedeniyle kanserli bir tümör büyütme başladı.

Uzayda Gerçek Astronotlarda Aynı Etki

Biyolojik test zincirinin bir sonraki basamağında araştırmacılar, 2021 yılında SpaceX Inspiration4 görevinde astronotlardan alınan kan örnekleri ve doku biyopsilerini içeren Space Omics and Medical Atlas deneyinden de elde edilen verilere baktı. Radyasyon zincirlemesinin bir parçası olarak tetiklenen TNF-alfa düzeylerinde sistemik patlamalar ve ölümü engelleyici genlerin artmış aktivitesini tespit etti. Yani bu etkiler yalnızca laboratuvara özgü bir durum değil; gerçek astronotlarda da meydana görünüyor.

Tedaviye Açık Kapı: Sinyal Döngüsü Kırılabilir

Bu gelişmeler kötü haber gibi görünse de, arkasında umut verici bir yan var. Eğer hücre işlevinin bu çöküşünü başlatan kimyasal sinyal yolunun bilinmesiyle, buna karşı önlemler alınabilir. Araştırmacılar aslında TNF- reseptörünü baskılayıp NF-B aktivasyonunu durdurarak zincirleme tepkiyi kırmayı ve hücrelerin kimyasal sinyal yolunun sonunda kanserli dönüşümlerden kaçınmasını sağlamayı başardı.

Bu kimyasal müdahaleler, su duvarları ve polistiren gibi hidrojence zengin polimerler gibi gelişmiş koruyucu tekniklerle birleştirildiğinde, gelecekteki derin uzay yolcularında kanser oluşumunun ciddi biçimde azaltılması mümkün. Ancak koruyucu yöntemlerin bu göreve uygun olduğunu kanıtlamak için çok daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. GCR’lerle örülü o boşluğa birçok insan göndermeden önce, onları bu özellikle tehlikeli parçacıklardan nasıl kurtarabileceğimiz hakkında yakından düşünmek gerekiyor.