Viaggi nello spazio: indeboliscono il sistema immunitario? 

“Qui dimostriamo che l’espressione di molti geni legati alle funzioni immunitarie diminuisce rapidamente quando gli astronauti intraprendono viaggi nello spazio, mentre accade il contrario quando tornano sulla Terra dopo sei mesi a bordo della ISS”, ha affermato la dott.ssa Odette Laneuville, professore associato presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Ottawa, autore principale della nuova ricerca.

I ricercatori hanno studiato l’espressione genica nei leucociti ( globuli bianchi ) in una coorte di 14 astronauti, tra cui tre donne e 11 uomini, che avevano risieduto a bordo della ISS per un periodo compreso tra 4,5 e 6,5 mesi tra il 2015 e il 2019. I leucociti sono stati isolati da 4 millilitri sangue prelevato da ciascun astronauta in 10 punti temporali: una volta prima del volo, quattro volte in volo e cinque volte sulla Terra.

In totale, 15.410 geni sono stati trovati differenzialmente espressi nei leucociti. Tra questi geni, i ricercatori hanno identificato due cluster, rispettivamente con 247 e 29 geni, che hanno cambiato la loro espressione in tandem lungo la sequenza temporale studiata.

I geni del primo ammasso sono stati ridotti quando hanno intrapreso viaggi nello spazio e sono stati ripristinati quando sono tornati sulla Terra, mentre i geni del secondo hanno seguito lo schema opposto. Entrambi i cluster consistevano principalmente di geni che codificano per le proteine, ma con una differenza: la loro funzione predominante era correlata all’immunità per i geni nel primo cluster e alle strutture e funzioni cellulari per il secondo.

Questi risultati suggeriscono che quando qualcuno si inoltra in viaggi nello spazio, questi cambiamenti nell’espressione genica causano una rapida diminuzione della forza del loro sistema immunitario .

“Un’immunità più debole aumenta il rischio di malattie infettive , limitando la capacità degli astronauti di svolgere i loro impegnativi viaggi nello spazio. Se un’infezione o una condizione correlata al sistema immunitario dovesse evolvere in uno stato grave che richiede cure mediche, gli astronauti nello spazio avrebbero limitato accesso alle cure, ai farmaci o all’evacuazione”, ha affermato il dottor Guy Trudel, medico riabilitativo e ricercatore presso l’Ottawa Hospital e professore presso il Dipartimento di medicina cellulare e molecolare dell’Università di Ottawa.

C’è tuttavia un lato positivo: i dati hanno mostrato che la maggior parte dei geni in entrambi i cluster è tornata al livello di espressione pre-volo entro un anno dal ritorno sulla Terra, e in genere molto prima, in media, dopo poche settimane. Questi risultati suggeriscono che gli astronauti di ritorno corrono un rischio elevato di infezione per almeno un mese dopo l’atterraggio sulla Terra.

Al contrario, gli autori non sanno ancora quanto tempo ci vorrà prima che la resistenza immunitaria torni completamente alla sua forza pre-volo. È probabile che la durata di questo periodo dipenda dall’età, dal sesso, dalle differenze genetiche e dall’esposizione infantile agli agenti patogeni.

Gli autori hanno ipotizzato che il cambiamento nell’espressione genica dei leucociti in condizioni di microgravità sia innescato dallo “spostamento dei fluidi”, in cui il plasma sanguigno viene ridistribuito dalla parte inferiore a quella superiore del corpo, compreso il sistema linfatico.

Ciò provoca una riduzione del volume plasmatico tra il 10% e il 15% entro i primi giorni nello spazio. È noto che lo spostamento dei fluidi è accompagnato da adattamenti fisiologici su larga scala, che apparentemente includono un’espressione genica alterata.

“La prossima domanda è come applicare le nostre scoperte per guidare la progettazione di contromisure che impediranno la soppressione immunitaria, in particolare per i viaggi nello spazio di lunga durata”, ha affermato Laneuville.

“La salute degli astronauti mentre si trovano nello spazio, specialmente durante le lunghe missioni, trarrebbe beneficio dal rilevamento sia della disfunzione immunitaria che dell’infiammazione subclinica. La diagnosi precoce offre opportunità di intervento, con l’obiettivo di prevenire una progressione verso sintomi gravi”.

Un’altro studio invece sostiene che l’anemia da voli nelli spazio – la riduzione dei globuli rossi circolanti (RBC) durante il tempo trascorso durante le missini spaziali – è un fenomeno consolidato, ma potrebbe non essere una preoccupazione importante, secondo uno studio pubblicato sulla rivista ad accesso aperto BMC Ematology.

il dottor Richard Simpson; professore associato presso l’Università dell’Arizona e l’Università di Houston, coautore dello studio, ha dichiarato: “C’è un’idea di ‘ anemia spaziale ‘ associata al volo spaziale. Tuttavia, questo si basa su campioni di sangue di astronauti raccolti dopo i viaggi nello spazio, che può essere influenzato da vari fattori, ad esempio lo stress dell’atterraggio e il riadattamento alle condizioni sulla Terra.

Per questo studio, condotto dal Dr. Brian Crucian presso il Johnson Space Center della NASA, sono stati raccolti campioni di sangue intero vivente durante il volo spaziale e tornò sulla Terra per l’analisi.Questo campione unico ci ha permesso di monitorare i parametri ematologici, come le concentrazioni di globuli rossi(RBC), emoglobina o ematocrito – negli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale durante il volo”.

I ricercatori hanno scoperto che durante i viaggi nello spazio, le concentrazioni di globuli rossi, piastrine e l’emoglobina proteica che trasporta l’ossigeno erano più elevate rispetto ai livelli pre-volo. Anche l’ematocrito (il rapporto tra globuli rossi e volume totale di sangue) è aumentato durante il volo spaziale.

Mentre studi precedenti avevano dimostrato che questo era il caso durante i primi giorni di volo, questo è il primo studio a dimostrare che le concentrazioni di globuli rossi e l’ematocrito rimangono a livelli più alti anche dopo che i corpi degli astronauti si sono adattati alla microgravità.

Per scoprire come può cambiare il sangue degli astronauti se trascorrono molto tempo nello spazio, i ricercatori hanno raccolto campioni di sangue da 31 astronauti (sei donne e 25 uomini) che hanno trascorso fino a sei mesi sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). I campioni sono stati raccolti a 180 e 45 giorni prima che gli astronauti volassero sulla ISS.

Il sangue è stato raccolto anche nello spazio durante le prime due settimane e circa tre e sei mesi dopo l’inizio della missione. I campioni sono stati restituiti sulla Terra per l’analisi a Houston oa Star City, in Russia, entro 48 ore dalla raccolta. I campioni post-volo sono stati raccolti da tre a otto ore dopo l’atterraggio e 30 giorni dopo la fine dei viaggi nello spazio.

Mentre alcuni dei cambiamenti osservati nei campioni di sangue in volo erano prevedibili a causa del ritardo di elaborazione di 48 ore tra la raccolta del campione e l’analisi (i ritardi influiscono sulla concentrazione di vari componenti dei campioni di sangue raccolti), i cambiamenti nell’ematocrito durante il volo spaziale erano sorprendenti, secondo i ricercatori.

L’ematocrito era aumentato del 12,2%, 12,2% e 10,0% nei momenti iniziali, medi e tardivi durante il volo spaziale rispetto ai livelli pre-volo. Tuttavia, solo un aumento del 4,7% dell’ematocrito è stato osservato nei campioni di riferimento prelevati sulla terra da non astronauti dopo il ritardo di elaborazione di 48 ore.

 Ciò suggerisce che gli aumenti osservati nei campioni della ISS sono in parte dovuti a un vero aumento in volo della conta dei globuli rossi. Dopo che gli astronauti esaminati in questo studio sono tornati sulla Terra, tutti i parametri del sangue sono tornati ai livelli pre-volo entro 30 giorni.

Il dottor Simpson ha dichiarato: “Sebbene i dati non indichino la presenza di un’anemia significativa, devono essere interpretati nel contesto del volume plasmatico dell’equipaggio durante il volo. È stato dimostrato che il volume plasmatico complessivo si riduce durante il volo spaziale, ma questo non è stato valutato durante missioni di lunga durata.

Per interpretare appieno le modifiche a RBC, ematocrito e altri parametri osservati in questo studio, sono necessarie ulteriori ricerche sul volume del plasma durante le missioni spaziali di lunga durata. Questo sarà affrontato in un’indagine separata in corso della NASA. “

In un altro studio ancora un team di scienziati provenienti da Russia e Canada ha analizzato l’effetto delle condizioni spaziali sulla composizione proteica nei campioni di sangue di 18 cosmonauti russi. I risultati indicano che molti cambiamenti significativi nel corpo umano sono causati dai viaggi nello spazio.

Questi cambiamenti hanno lo scopo di aiutare il corpo ad adattarsi e hanno luogo in tutti i principali tipi di cellule, tessuti e organi umani. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Scientific Reports. Il professor Evgeny Nikolaev di Skoltech e MIPT ha guidato lo studio ed è un autore.

Gli effetti dei viaggi nello spazio sul corpo umano sono stati studiati attivamente dalla metà del XX secolo. È risaputo che le condizioni spaziali influenzano il metabolismo, la termoregolazione, i bioritmi cardiaci, il tono muscolare, il sistema respiratorio e altri aspetti fisiologici del corpo umano. Tuttavia, i meccanismi molecolari che guidano questi cambiamenti fisiologici rimangono sconosciuti.

Gli scienziati si sono concentrati sulle proteine, attori chiave nei processi di adattamento in un organismo. Per ottenere una comprensione più profonda dei cambiamenti nella fisiologia umana durante i viaggi nello spazio, il team di ricerca ha quantificato le concentrazioni di 125 proteine ​​nel plasma sanguigno di 18 cosmonauti russi che erano stati in missioni di lunga durata alla Stazione Spaziale Internazionale.

Il sangue è stato prelevato 30 giorni prima dei loro voli, e di nuovo immediatamente dopo il loro ritorno sulla Terra, e un campione finale sette giorni dopo. Questa tempistica è stata scelta per identificare le tendenze nei cambiamenti della concentrazione proteica e vedere quanto velocemente le concentrazioni proteiche sono tornate ai loro livelli normali prima del volo.

Le concentrazioni proteiche sono state misurate utilizzando uno spettrometro di massa. Questa tecnologia consente di identificare una particolare molecola ed eseguire un’analisi quantitativa di una miscela di sostanze. Gli scienziati hanno trovato proteine ​​le cui concentrazioni sono rimaste invariate, così come quelle le cui concentrazioni sono cambiate, ma sono tornate rapidamente ai livelli precedenti al volo, e quelle i cui livelli si sono ripresi molto lentamente dopo il ritorno del cosmonauta sulla Terra.

“Per la ricerca, abbiamo preso una serie di proteine, biomarcatori di malattie non infettive. I risultati hanno mostrato che in assenza di gravità, il sistema immunitario si comporta come quando il corpo è infetto, perché il corpo umano non sa cosa fare e cerca di attivare tutti i possibili sistemi di difesa.

Per questo studio, abbiamo iniziato utilizzando la proteomica quantitativa per studiare gli indicatori del sangue dei cosmonauti, quindi abbiamo rilevato non solo la presenza di una proteina ma anche la sua quantità.Abbiamo in programma di utilizzare un mirato approccio in futuro per rilevare proteine ​​​​più specifiche responsabili della risposta umana alle condizioni spaziali. Per fare ciò, i cosmonauti dovranno eseguire esami del sangue mentre intraprendono viaggi nello spazio “, ha affermato il professor Nikolaev.

I fattori che influenzano il corpo umano durante il volo spaziale sono diversi da quelli che influenzano l’evoluzione umana sulla Terra. Non è noto se il corpo umano disponga di meccanismi responsabili del rapido adattamento a cambiamenti così importanti.

 I risultati dello studio indicano che tali meccanismi probabilmente non esistono, perché durante il volo spaziale, questi adattamenti avvengono in tutti i principali tipi di cellule , tessuti e organi umani . Ciò indica che il corpo umano non sa cosa fare e sta cercando di fare tutto ciò che è in suo potere.