Approfondimenti su come il volo spaziale influisce sulla biologia umana sono descritti nello speciale Space Omics and Medical Atlas (SOMA), pubblicato sulle riviste Nature Portfolio. Sono presentati gli studi che includono l’analisi dei campioni raccolti dal primo equipaggio interamente civile del viaggio SpaceX (Inspiration4) e dagli astronauti che hanno trascorso 180 giorni o un anno sulla Stazione Spaziale Internazionale, fornendo una visione a lungo termine degli effetti del volo spaziale sulla salute dell’uomo. I risultati rappresentano il più grande compendio di dati finora disponibili sulla medicina aerospaziale e sulla biologia spaziale.
La medicina aerospaziale
È noto che il volo spaziale induce cambiamenti molecolari, cellulari e fisiologici negli astronauti e pone varie sfide biomediche al corpo umano. Man mano che sempre più persone 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 per la medicina aerospaziale sono in ritardo rispetto ai progressi della medicina di precisione sulla Terra, il che evidenzia la necessità di un rapido sviluppo di database, strumenti e protocolli di medicina spaziale.
Cambiamenti molecolari ad ampio raggio
Il pacchetto SOMA include dati provenienti da una vasta gamma di missioni, tra cui le missioni SpaceX Inspiration4, Polaris Dawn, Axiom, NASA Twins e JAXA. In un articolo di punta, pubblicato sulla rivista Nature, Eliah Overbey, Cem Meydan, Susan Bailey, Afshin Beheshti, Christopher Mason e colleghi presentano una guida dettagliata alla risorsa SOMA.
Hanno scoperto che il volo spaziale di breve durata, in orbita terrestre bassa condotto dalla missione Inspiration4, ha provocato cambiamenti molecolari ad ampio raggio, alcuni dei quali rispecchiavano quelli risultanti da un volo spaziale di lunga durata. Questi includevano livelli elevati di citochine, allungamento dei telomeri e cambiamenti nell’espressione genetica per l’attivazione immunitaria, la risposta al danno del DNA e lo stress ossidativo.
Sebbene sia stato riscontrato che oltre il 95% dei marcatori sono tornati ai valori di base nei mesi successivi alla fine della missione, alcune proteine, geni e citochine sembrano essere ancora attivati nel periodo di recupero dopo il volo spaziale e persistere per almeno tre mesi, come l’alfa-sinucleina (SNCA), il collagene (COL4A2) e le citochine come CXCL8.
Le prime fasi di adattamento al volo spaziale
In un articolo separato su Nature, Mathias Basner, Christopher Mason e colleghi presentano i dati di Inspiration4, in cui 4 astronauti civili hanno effettuato una missione di 3 giorni a 590 km sopra la Terra, più in alto della Stazione Spaziale Internazionale (che orbita tra 370 e 460 km sopra la Terra). La missione prevedeva nuovi dispositivi hardware e diagnostici per il volo spaziale. Hanno scoperto che questa missione di breve durata non rappresentava un rischio significativo per la salute dell’equipaggio e hanno presentato dati che descrivono le prime fasi di adattamento al volo spaziale nel corpo umano a livello anatomico, cellulare, fisiologico e cognitivo.
La risposta del sistema immunitario e del microbioma al volo spaziale
In un articolo pubblicato sulla rivista Nature Communications, JangKeun Kim, Braden Tierney, Scott Smith, Sara Zwart e colleghi hanno studiato l’effetto del volo spaziale sul sistema immunitario dell’equipaggio civile a bordo della missione Inspiration4 e li hanno confrontati con altri 64 astronauti. I risultati forniscono così un’immagine ad alta risoluzione della risposta del sistema immunitario e del microbioma al volo spaziale.
La ricerca ha evidenziato interruzioni del sistema immunitario sia conservate che distinte durante le missioni, fornendo un riferimento immunitario a cellula singola per le missioni future, tra cui l’espressione genetica, l’accessibilità della cromatina e i cambiamenti di accessibilità del fattore di trascrizione. Alcuni tipi di cellule rispondono al volo spaziale in modo diverso, con i monociti CD14 e CD16 che mostrano il cambiamento maggiore nell’accessibilità della cromatina e nell’espressione genica.
Riferiscono inoltre che le femmine sono tornate ai valori basali più velocemente per i cambiamenti dell’espressione genica e gli stati della cromatina. Inoltre, hanno scoperto che anche il fibrinogeno e l’IL-8 sono influenzati in modo sesso-specifico, indicando che la coagulazione del sangue e la regolazione del sistema immunitario sono importanti per studi futuri sulla medicina di precisione degli astronauti.
Contromisure per mitigare i danni causati al corpo dall’ambiente spaziale
Il catalogo degli articoli SOMA esplora anche i cambiamenti epigenomici e trascrittomici (e l’epitrascrittoma), la dinamica del microbioma dell’equipaggio e della navicella spaziale, i cambiamenti proteomici e metabolici nel secretoma e negli esosomi, le risposte mitocondriali. Sono inoltre discusse considerazioni etiche, contromisure per mitigare i danni causati al corpo dall’ambiente spaziale e proposte per nuove missioni.
Gli autori suggeriscono che sfruttare i set di dati, gli strumenti e le risorse di SOMA può aiutare ad 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.
