Nuove ricerche rivelano i cambiamenti biologici causati dai viaggi spaziali, fornendo preziose informazioni per future missioni lunari e marziane.
Gli effetti dei viaggi spaziali sulla biologia umana sono stati approfonditi nella raccolta Space Omics and Medical Atlas (SOMA), pubblicato in diverse riviste del Portfolio Nature. Questa raccolta include analisi di campioni raccolti dal primo equipaggio completamente civile della missione Inspiration4 e da astronauti che hanno trascorso 180 giorni o un anno sulla Stazione Spaziale Internazionale, offrendo una panoramica a lungo termine sugli effetti dei viaggi spaziali sulla salute. I risultati rappresentano il più grande compendio di dati sulla medicina aerospaziale e la biologia spaziale fino ad oggi.
È noto che i viaggi spaziali inducono cambiamenti molecolari, cellulari e fisiologici negli astronauti, e pongono varie sfide biomediche al corpo umano. Con l’aumento del numero di persone che si avventurano nello spazio, comprendere i rischi per la salute associati all’esplorazione spaziale è fondamentale per la preparazione di missioni di lunga durata, lunari e potenzialmente marziane. Tuttavia, gli attuali quadri della medicina aerospaziale sono in ritardo rispetto ai progressi della medicina di precisione sulla Terra, il che evidenzia la necessità di sviluppare rapidamente database, strumenti e protocolli per la medicina spaziale.
Il pacchetto SOMA include dati da una vasta gamma di missioni, tra cui Inspiration4, Polaris Dawn, Axiom Space, le missioni NASA Twins e JAXA. In un articolo principale, pubblicato su Nature, Eliah Overbey, Cem Meydan, Susan Bailey, Afshin Beheshti, Christopher Mason e colleghi presentano una guida dettagliata alla risorsa SOMA. Hanno scoperto che i viaggi spaziali di breve durata in orbita bassa condotti dalla missione Inspiration4 hanno causato cambiamenti molecolari ampi, alcuni dei quali rispecchiano quelli risultanti dai viaggi spaziali di lunga durata. Questi cambiamenti includevano livelli elevati di citochine, allungamento dei telomeri e cambiamenti nell’espressione genica per l’attivazione immunitaria, la risposta al danno del DNA e lo stress ossidativo. Sebbene oltre il 95% dei marcatori sia tornato ai livelli base nei mesi successivi alla missione, alcune proteine, geni e citochine risultano ancora attivi nel periodo di recupero post-volo e persistevano per almeno tre mesi dopo il volo, come l’alpha-sinucleina (SNCA), il collagene (COL4A2) e citochine come CXCL8.
In un altro articolo di Nature, Mathias Basner, Christopher Mason e colleghi presentano dati dalla missione Inspiration4, in cui 4 astronauti commerciali hanno volato per una missione di 3 giorni a 575 km sopra la Terra — più in alto della Stazione Spaziale Internazionale (che orbita tra i 370 e i 460 km sopra la Terra). La missione ha utilizzato nuovi hardware e dispositivi diagnostici per il volo spaziale, tra cui l’Apple Watch, il dispositivo di imaging ecografico Butterfly iQ+ e un immunoassay a flusso verticale. Hanno scoperto che questa missione di breve durata non ha comportato un rischio significativo per la salute dell’equipaggio e hanno presentato dati che descrivono le prime fasi dell’adattamento al volo spaziale nel corpo umano a livello anatomico, cellulare, fisiologico e cognitivo.
In un articolo di Nature Communications, JangKeun Kim, Braden Tierney, Scott Smith, Sara Zwart e colleghi hanno investigato l’effetto del volo spaziale sul sistema immunitario dell’equipaggio completamente civile a bordo della missione Inspiration4 e li hanno confrontati con altri 64 astronauti, fornendo una mappa ad alta risoluzione della risposta del sistema immunitario e del microbioma ai viaggi spaziali. Hanno trovato sia interruzioni conservate che distinte del sistema immunitario attraverso le missioni, fornendo un riferimento immunitario a livello cellulare singolo per future missioni, inclusi cambiamenti nell’espressione genica, accessibilità della cromatina e motivi dei fattori di trascrizione.
Certi tipi cellulari rispondono in modo diverso ai viaggi spaziali, con i monociti CD14 e CD16 che mostrano il maggiore cambiamento nell’accessibilità della cromatina e nell’espressione genica. Hanno anche riscontrato che le femmine tornano ai livelli base più velocemente per i cambiamenti nell’espressione genica e negli stati della cromatina. Inoltre, hanno scoperto che il fibrinogeno e l’IL-8 sono influenzati in modo specifico dal sesso, indicando che la coagulazione del sangue e la regolazione del sistema immunitario sono importanti per futuri studi sulla medicina di precisione per astronauti.
Il catalogo degli articoli SOMA esplora anche cambiamenti epigenomici e trascrittomici (e epitranscrittomici), dinamiche del microbioma dell’equipaggio e della navicella spaziale, cambiamenti proteomici e metabolici nel secretoma e negli esosomi, risposte mitocondriali, considerazioni etiche, contromisure per mitigare i danni causati dal ambiente spaziale e proposte per nuove missioni. Sfruttando i set di dati, gli strumenti e le risorse di SOMA, potrebbe essere possibile accelerare la medicina aerospaziale di precisione, migliorare il monitoraggio della salute e la mitigazione dei rischi, e fornire dati di base per le prossime missioni lunari, su Marte e altre missioni spaziali, suggeriscono gli autori.
Credit immagine: Inspiration4 crew.
