Il volo spaziale fa cose strane ai corpi degli astronauti

L'astronauta Karen Nyburg usa un fondoscopio per una visita oculistica a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Nasa

L'astronauta Scott Kelly ha vissuto e lavorato sulla Stazione Spaziale Internazionale per 340 giorni, il tempo più lungo che un americano ha trascorso nello spazio. La sua missione ha fornito agli scienziati alcune informazioni vitali su ciò che accade al corpo umano durante i soggiorni di lunga durata in orbita. Questo perché Kelly ha un gemello identico, Mark (anche lui astronauta e ora presto senatore degli Stati Uniti). I gemelli Kelly hanno offerto agli scienziati una rara opportunità: mentre studiavano cosa era successo al corpo di Scott durante il suo anno nello spazio, hanno avuto il vantaggio di un soggetto di controllo, Mark, che è rimasto sulla Terra.

Il Studio sui gemelli della NASA fornito ulteriori prove per ciò che già sospettavamo. In una capsula confinata in condizioni di microgravità e prolungata esposizione alle radiazioni, il sistema immunitario subisce un colpo, l'occhio cambia forma in peggio e c'è una significativa perdita di massa muscolare e ossea.

Ma abbiamo anche appreso di alcuni effetti sorprendenti. Kelly ha sperimentato cambiamenti nel suo microbioma intestinale, le sue capacità cognitive sono rallentate, alcuni geni si sono spenti e riaccesi e i suoi cromosomi hanno subito cambiamenti strutturali.

The Twins Study ci ha fornito un primo abbozzo delle risposte molecolari del corpo umano al volo spaziale, ma questi contorni dovevano essere completati, afferma Christopher Mason, professore associato di fisiologia e biofisica presso Weill Cornell Medicine. Le modifiche che abbiamo visto necessitavano di più contesto e replica. Avevamo bisogno di ulteriori studi per mappare la frequenza dei cambiamenti che abbiamo osservato in altri astronauti e altri organismi che vanno nello spazio, e anche per vedere se il grado di cambiamento fosse simile per missioni più brevi.

Questo ci porta a un nuovo pacchetto di ricerca che si basa sul Twins Study, rianalizzando alcuni dei dati originali con nuove tecniche e fornendo confronti con altri astronauti. In una serie di 19 studi pubblicati oggi su una sfilza di riviste diverse (insieme a 10 preprint ancora in fase di revisione tra pari), ricercatori come Mason (autore senior di 14 articoli) hanno studiato i cambiamenti fisiologici, biochimici e genetici che si sono verificati in 56 astronauti (tra cui Kelly) che hanno trascorso del tempo nello spazio, il più grande studio di questo tipo mai condotto.

I nuovi documenti, che incorporano i risultati delle tecniche di profilazione cellulare e di sequenziamento genico che sono diventate più facili da eseguire solo di recente, rivelano che ci sono alcune caratteristiche del volo spaziale che appaiono costantemente negli esseri umani, nei topi e in altri animali quando vanno nello spazio, dice Massone. Sembra esserci un nucleo di mammiferi di adattamenti e risposte ai rigori del volo spaziale.

Il buono, il cattivo e l'inspiegabile

I ricercatori sottolineano sei cambiamenti biologici che si verificano in tutti gli astronauti durante il volo spaziale: stress ossidativo (un eccessivo accumulo di radicali liberi nelle cellule del corpo), danno al DNA, disfunzione dei mitocondri, alterazioni della regolazione genica, alterazioni della lunghezza dei telomeri (le estremità dei cromosomi, che si accorciano con l'età) e cambiamenti nel microbioma intestinale.

Di questi sei cambiamenti, quello più grande e sorprendente per gli scienziati è stato disfunzione mitocondriale . I mitocondri svolgono un ruolo fondamentale nella produzione dell'energia chimica necessaria per mantenere funzionali le cellule e, per estensione, i tessuti e gli organi. I ricercatori hanno riscontrato prestazioni mitocondriali irregolari in dozzine di astronauti e sono stati in grado di caratterizzare ampiamente questi cambiamenti grazie a nuove tecniche di genomica e proteomica. Afshin Beheshti, bioinformatico della NASA e autore senior di uno studio , afferma che la soppressione mitocondriale aiuta a spiegare quanti dei problemi sperimentati dagli astronauti (come le carenze del sistema immunitario, il ritmo circadiano interrotto e le complicazioni degli organi) sono in realtà correlati olisticamente tra loro, poiché dipendono tutti dalle stesse vie metaboliche.

Quando sei nello spazio, non è solo uno o un organo ad essere colpito, è l'intero corpo ad essere colpito, dice Beheshti. 'Abbiamo iniziato a collegare i punti.'

Altre ricerche si sono concentrate sui problemi osservati a livello genetico. Lo studio sui gemelli ha mostrato che i telomeri di Kelly si allungavano nello spazio prima di tornare a lunghezze normali o addirittura più brevi subito dopo il suo ritorno sulla Terra. Si suppone che i telomeri si accorcino con l'età, quindi allungarsi ha poco senso e lo studio sui gemelli non ha fornito dati sufficienti per trarre conclusioni reali sul motivo per cui è successo e quali fossero gli effetti.

Susan Bailey, esperta di ricerca sui telomeri della Colorado State University e autrice senior di molti degli articoli, afferma che la nuova ricerca ha rilevato che altri 10 astronauti sperimentato lo stesso allungamento dei telomeri Kelly lo fece indipendentemente dalla durata della missione, così come dal restringimento dello stesso telomero una volta tornati sulla Terra.

In particolare, uno dei documenti nel nuovo pacchetto ha rilevato che anche i telomeri più lunghi erano associati agli scalatori dell'Everest. Per Bailey e i suoi colleghi, questo suggerisce che l'allungamento dei telomeri lo è affetti da stress ossidativo —qualcosa che sperimentano sia gli alpinisti che gli astronauti e che interrompe la corretta manutenzione dei telomeri.

L'astronauta Akihiko Hoshide preleva sangue dalla sua vena sulla ISS.

Nasa

Stanno ancora cercando di individuare come funzionano questi percorsi e quali potrebbero essere esattamente le conseguenze ( probabilmente non è un segreto per la longevità ), ma ora abbiamo una base su cui costruire: sappiamo cosa cercare e di cui essere consapevoli nei futuri astronauti in missioni di esplorazione di lunga durata [e nello spazio profondo], dice.

Sebbene alcuni dei cambiamenti siano inaspettati, molti non sono motivo di preoccupazione. Ciò che è sorprendente per me è il modo in cui ci adattiamo allo spazio, afferma Jeffrey Sutton, direttore del Center for Space Medicine del Baylor College of Medicine, che non è stato coinvolto nella nuova ricerca. Le mutazioni delle cellule del sangue sono diminuite in Kelly mentre era nello spazio (una sorpresa totale per Mason). Esibivano anche gli astronauti diminuzione dei livelli di biomarcatori associati all'invecchiamento e aumento dei livelli di microRNA che regolano la risposta del sistema vascolare al danno da radiazioni e alla microgravità. Una delle scoperte più strane è stata che i microbiomi intestinali degli astronauti sono riusciti a riportare sulla Terra i microbi spaziali trovati sulla ISS.

Gli studi individualmente e collettivamente sono davvero impressionanti, afferma Sutton. Siamo entrati in una nuova era della ricerca biomedica spaziale, in cui gli approcci e gli strumenti della medicina di precisione e traslazionale vengono applicati per far progredire la nostra comprensione dell'adattamento umano allo spazio.

Preoccupazioni a lungo raggio

In definitiva, tuttavia, i dati evidenziano quanto caos e stress debbano affrontare anche i corpi più sani durante le missioni spaziali, il che dovrebbe avere un impatto sulla pianificazione di missioni più lunghe. Non credo che siamo vicini a mandare nello spazio persone non addestrate per periodi di tempo molto lunghi, dice Scott Kelly.

Fisiologicamente, pensa che probabilmente sia sicuro mandare persone su Marte e tornare indietro. In un lontano futuro, tuttavia, invece di andare su Marte, andremo sulle lune di Giove o Saturno, dice. Rimarrai nello spazio per anni. E a quel punto, dovremo dare un'occhiata più da vicino alla gravità artificiale come mitigazione. Non vorrei arrivare sulla superficie di un altro corpo planetario e non essere in grado di funzionare. Un anno o giù di lì è praticabile. Diversi anni probabilmente non lo sono.

Scott Kelly utilizza gli ultrasuoni per visualizzare la sua vena giugulare con l'aiuto di Gennady Padalka, al fine di valutare l'efficacia di una contromisura di pressione negativa nella parte inferiore del corpo utilizzata per invertire lo spostamento del fluido verso la testa che si verifica nell'ambiente di assenza di gravità dello spazio.

Nasa

Siamo ancora lontani dal dover valutare questo tipo di rischi. Mason ei suoi colleghi suggeriscono che dovrebbero esserci strategie farmacologiche per ridurre l'impatto della gravità sui corpi degli astronauti di ritorno.

Sutton crede medicina di precisione potrebbe svolgere un ruolo enorme nell'adattare quei farmaci per proteggere gli astronauti dagli effetti della microgravità e delle radiazioni. E le risposte biologiche condivise tra gli astronauti e gli scalatori dell'Everest suggeriscono che alcuni interventi utilizzati per proteggere gli atleti di sport estremi dallo stress ossidativo potrebbero essere applicati anche agli astronauti.

Ciò di cui abbiamo bisogno sono più dati e più popolazioni da utilizzare per il confronto. Mason, Bailey e i loro colleghi stanno iniziando a raccogliere i profili cellulari e genetici di più astronauti , in particolare quelli che intraprenderanno future missioni della durata di un anno. Vogliono anche studiare le persone che hanno sperimentato altre condizioni simili in qualche modo al volo spaziale, come pazienti in radioterapia, piloti e assistenti di volo.

Più sappiamo degli effetti sulla salute del volo spaziale di lunga durata, meglio saremo in grado di aiutare a mantenere la salute e le prestazioni degli astronauti durante e dopo il volo spaziale, afferma Bailey. Tale conoscenza avvantaggia anche quelli di noi sulla Terra: siamo tutti preoccupati di invecchiare e di essere in cattive condizioni di salute.

Questo post è stato aggiornato con i commenti di Afshin Beheshti.

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