Il volo spaziale rappresenta una delle frontiere più affascinanti e complesse dell’esplorazione umana, con implicazioni significative per il futuro dell’umanità. Con l’aumento delle missioni spaziali e la prospettiva di viaggi di lunga durata verso destinazioni come la Luna e Marte, diventa cruciale comprendere in profondità gli effetti del volo spaziale sulla biologia umana. Recentemente, un insieme di studi pubblicati nel pacchetto Space Omics and Medical Atlas (SOMA) su Nature Portfolio ha fornito nuove e rivoluzionarie intuizioni su questi effetti, costituendo il più grande compendio di dati per la medicina aerospaziale e la biologia spaziale mai raccolto finora. Questa raccolta di studi rappresenta un passo avanti fondamentale per la comunità scientifica, poiché include analisi dettagliate dei campioni raccolti dal primo equipaggio tutto civile durante il viaggio SpaceX (Inspiration4) e dagli astronauti che hanno trascorso periodi prolungati, fino a un anno, sulla Stazione Spaziale Internazionale.
Effetti del volo spaziale sulla salute umana
Il volo spaziale è noto per indurre cambiamenti significativi a livello molecolare, cellulare e fisiologico negli astronauti, ponendo una serie di sfide biomediche al corpo umano nello spazio. Gli effetti del volo spaziale comprendono la regolazione immunitaria, la risposta ai danni del DNA, lo stress ossidativo e le alterazioni telomeriche, con implicazioni che vanno oltre la semplice permanenza nello spazio e si estendono al periodo di recupero post-volo. Man mano che un numero crescente di persone si avventura nello spazio, la comprensione dei rischi per la salute associati a queste missioni diventa essenziale per la preparazione di viaggi di lunga durata, inclusi quelli verso la Luna e Marte.
Tuttavia, gli attuali quadri per la medicina aerospaziale sono significativamente in ritardo rispetto ai rapidi progressi della medicina di precisione sulla Terra, evidenziando la necessità di un rapido sviluppo di database, strumenti e protocolli specifici per la medicina spaziale. L’implementazione di tali risorse è fondamentale per garantire la sicurezza e il benessere degli astronauti, nonché per migliorare le nostre conoscenze sulla fisiologia umana in condizioni estreme.
Il pacchetto SOMA
Il pacchetto SOMA include dati raccolti da una serie di missioni diverse, tra cui SpaceX Inspiration4, Polaris Dawn, Axiom, NASA Twins e JAXA, offrendo una panoramica completa e dettagliata degli effetti del volo spaziale su diversi aspetti della salute umana. In un articolo di punta pubblicato su Nature, Eliah Overbey, Cem Meydan, Susan Bailey, Afshin Beheshti, Christopher Mason e colleghi presentano una guida dettagliata alla risorsa SOMA, descrivendo come queste missioni abbiano contribuito alla nostra comprensione delle risposte biologiche al volo spaziale.
Hanno scoperto che anche un volo spaziale di breve durata, come quello della missione Inspiration4, può portare a cambiamenti molecolari significativi, alcuni dei quali rispecchiano quelli osservati durante voli spaziali di lunga durata. Questi cambiamenti includono elevati livelli di citochine, allungamento dei telomeri e alterazioni nell’espressione genica legate all’attivazione immunitaria, alla risposta ai danni del DNA e allo stress ossidativo. Anche se oltre il 95% dei marcatori è tornato ai livelli basali nei mesi successivi alla fine della missione, alcune proteine, geni e citochine sono rimaste attivate per un periodo prolungato, persistendo fino a tre mesi dopo il volo spaziale.
Cambiamenti molecolari e cellulari
La missione Inspiration4, che ha visto un equipaggio civile volare per tre giorni a un’altitudine di 590 km sopra la Terra, ha rivelato risultati sorprendenti riguardo ai cambiamenti molecolari e cellulari indotti dal volo spaziale. Questa missione, più alta della Stazione Spaziale Internazionale (che orbita tra 370 e 460 km sopra la Terra), ha evidenziato elevati livelli di citochine, allungamento dei telomeri e cambiamenti significativi nell’espressione genica legati a vari processi biologici.
In particolare, i dati hanno mostrato un’attivazione dell’immunità, una risposta ai danni del DNA e un aumento dello stress ossidativo. Anche se la maggior parte dei marcatori molecolari è tornata ai livelli basali nei mesi successivi alla missione, alcune proteine, geni e citochine sono rimasti attivati per un periodo più lungo, suggerendo un adattamento prolungato e complesso del corpo umano alle condizioni di microgravità dello spazio. Alcuni di questi marcatori includono la alfa-sinucleina (SNCA), il collagene (COL4A2) e le citochine come CXCL8, che hanno mostrato persistenza fino a tre mesi dopo il volo spaziale, indicando una risposta biologica complessa e duratura al volo spaziale.
Adattamento al volo spaziale
In un altro studio pubblicato su Nature, Mathias Basner, Christopher Mason e colleghi hanno analizzato i dati della missione Inspiration4, rilevando che, nonostante la breve durata, la missione non ha rappresentato un rischio significativo per la salute dell’equipaggio. Tuttavia, i dati raccolti descrivono in dettaglio le prime fasi di adattamento al volo spaziale a livello anatomico, cellulare, fisiologico e cognitivo.
Questa missione ha utilizzato nuovi hardware e dispositivi diagnostici per monitorare i cambiamenti nel corpo umano durante il volo nello spazio, offrendo una visione senza precedenti delle risposte iniziali del corpo alle condizioni di microgravità. I ricercatori hanno osservato che la missione Inspiration4 ha permesso di esplorare e comprendere meglio le dinamiche di adattamento del corpo umano nello spazio, fornendo informazioni preziose per la pianificazione di future missioni spaziali, specialmente quelle di lunga durata.
La risposta del sistema immunitario
Un terzo studio pubblicato su Nature Communications da JangKeun Kim, Braden Tierney, Scott Smith, Sara Zwart e colleghi ha indagato in modo approfondito sull’effetto del volo spaziale sul sistema immunitario dell’equipaggio civile di Inspiration4, confrontandoli con altri 64 astronauti provenienti da diverse missioni. Hanno trovato interruzioni del sistema immunitario sia conservate che distinte in tutte le missioni, fornendo una mappa ad alta risoluzione della risposta immunitaria e del microbiota al volo spaziale.
I ricercatori hanno scoperto che alcuni tipi di cellule, come i monociti CD14 e CD16, hanno mostrato i maggiori cambiamenti nell’accessibilità alla cromatina e nell’espressione genica, suggerendo che queste cellule sono particolarmente sensibili alle condizioni di microgravità. Inoltre, è emerso che il sesso degli astronauti può influenzare il ritorno ai livelli basali per cambiamenti di espressione genica e stati cromatinici, con le femmine che tornano al basale più velocemente rispetto ai maschi.
Questi risultati indicano che il volo spaziale può avere effetti specifici sul sistema immunitario basati sul sesso, influenzando la coagulazione del sangue e la regolamentazione del sistema immunitario, aspetti cruciali per futuri studi sulla medicina degli astronauti di precisione.
Implicazioni per la medicina aerospaziale di precisione
Il pacchetto SOMA esplora anche una vasta gamma di cambiamenti epigenomici e trascrittomici, dinamiche del microbioma, cambiamenti proteomici e metabolici, risposte mitocondriali, considerazioni etiche, contromisure per attenuare i danni causati dall’ambiente spaziale e proposte per nuove missioni.
L’utilizzo di dataset, strumenti e risorse di SOMA può accelerare significativamente lo sviluppo della medicina aerospaziale di precisione, migliorare il monitoraggio della salute degli astronauti e la mitigazione dei rischi associati alle missioni spaziali. Questi studi forniscono una base di dati cruciale per la pianificazione di future missioni lunari, marziane e altre missioni spaziali, suggerendo che una comprensione più approfondita degli effetti del volo spaziale sulla biologia umana è essenziale per garantire la sicurezza e il successo delle missioni di lunga durata. Le risorse offerte da SOMA non solo migliorano la nostra comprensione delle risposte biologiche al volo spaziale, ma offrono anche strumenti pratici per migliorare le strategie di monitoraggio e mitigazione dei rischi, contribuendo a garantire il benessere degli astronauti e il successo delle future missioni di esplorazione spaziale.
Comprendere gli effetti del volo spaziale sulla salute umana è essenziale per preparare gli astronauti alle sfide dei voli spaziali di lunga durata e garantire il successo delle missioni future. Le scoperte e le risorse fornite dal pacchetto SOMA non solo migliorano la nostra comprensione delle risposte biologiche al volo spaziale, ma offrono anche strumenti pratici per migliorare le strategie di monitoraggio e mitigazione dei rischi, contribuendo a garantire il benessere degli astronauti e il successo delle future missioni di esplorazione spaziale.
