Lo spazio può essere un luogo pericoloso per gli umani fragili. Coloro che desiderano avventurarsi nell'orbita terrestre devono negoziare pericoli per la salute come temperature estreme, quarti angusti, lunghi periodi di isolamento e debilitanti effetti fisiologici della vita senza gravità. Le cose diventeranno ancora più difficili per gli astronauti che sperano di viaggiare verso un asteroide o Marte.
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Una delle maggiori minacce del viaggio nello spazio profondo è l'esposizione prolungata alle radiazioni cosmiche implacabili, che possono danneggiare il DNA e aumentare le possibilità di un viaggiatore dello spazio di sviluppare malattie come il cancro durante la sua vita. Ora, la ricerca sui topi suggerisce che le prime persone a tentare una missione su Marte avranno un problema più immediato: il danno cerebrale. I raggi cosmici che bombardano il cervello possono causare disturbi cognitivi e della memoria che si manifesteranno in pochi mesi.
Le radiazioni cosmiche galattiche sono costituite da particelle ad alta energia originate da esplosioni di supernova passate che provengono dal nostro sistema solare. La NASA ha sponsorizzato numerosi studi che studiano gli effetti a breve e lungo termine delle radiazioni spaziali su ciascun sistema nel corpo, rivelando che questi raggi possono avere un effetto devastante sul tessuto biologico nel corso della vita.
Precedenti studi hanno suggerito che l'esposizione alle radiazioni potrebbe anche causare danni cognitivi, inclusa una precoce insorgenza di demenza simile all'Alzheimer. Ora Charles Limoli, professore di oncologia delle radiazioni presso la Irvine School of Medicine dell'Università della California, e il suo team hanno dimostrato che anche dosi relativamente basse di raggi cosmici indurranno una serie specifica di anomalie neurali che potrebbero manifestarsi durante una missione di andata e ritorno su Marte, che dovrebbe durare da due a tre anni.
"Questo è il primo studio, secondo me, che lega davvero molti aspetti comuni e fornisce un meccanismo per quello che sta succedendo per causare disfunzioni cognitive", afferma Limoli, il cui team riporta i risultati oggi in Science Advances .
Per studiare gli effetti "intorpidimento della mente" delle radiazioni, i ricercatori hanno esaminato diversi gruppi di topi di sei mesi, l'età media approssimativa degli astronauti negli anni del topo. Il team ha fatto saltare i topi con dosi basse o alte di particelle cariche di energia simili a quelle trovate nelle radiazioni cosmiche galattiche. Queste particelle sostituiscono gli elettroni nei tessuti viventi che quindi innescano reazioni dei radicali liberi, che causano cambiamenti nelle cellule e nei tessuti del corpo. Sebbene le reazioni dei radicali liberi si verifichino entro millisecondi, le anomalie cellulari che causano prendono forma nel corso di mesi o addirittura anni, quindi i ricercatori hanno atteso sei settimane prima di testare i topi irradiati per consentire al dispetto cellulare di svolgersi.
I risultati hanno mostrato che i topi irradiati erano significativamente compromessi nella loro capacità di esplorare nuovi oggetti collocati nel loro ambiente, un compito che si basa su un sano sistema di apprendimento e memoria. “Gli animali che sono stati esposti hanno perso la curiosità. Hanno perso la tendenza a esplorare le novità ", afferma Limoli.
In particolare, il team ha scoperto cambiamenti strutturali indotti dalle radiazioni nella corteccia prefrontale mediale, una regione del cervello responsabile di processi di ordine superiore noti per essere coinvolti durante le attività di memoria. I neuroni in queste aree compromesse hanno mostrato una riduzione della complessità e della densità delle strutture chiamate dendriti, che fungono da antenne per i messaggi cellulari in arrivo e sono essenziali per lo scambio efficiente di informazioni in tutto il cervello. Il team di ricerca ha anche scoperto alterazioni nella PSD-95, una proteina che è importante per la neurotrasmissione ed è anche associata all'apprendimento e alla memoria.
I cambiamenti cellulari nei dendriti erano direttamente correlati alle prestazioni cognitive: i topi con le maggiori alterazioni strutturali avevano i risultati di prestazione più scarsi. E sebbene queste carenze richiedessero tempo per manifestarsi, sembrano essere permanenti.
Limoli osserva che, mentre il lavoro è stato svolto sui topi, il danno riscontrato nel loro studio assomiglia molto ai difetti osservati nel cervello umano affetto da condizioni neurodegenerative come la demenza. "Poiché questi tipi di cambiamenti sono stati trovati anche in una serie di condizioni neurodegenerative e si verificano nel corso dell'invecchiamento, fornisce uno sfondo logico per ciò che le radiazioni fanno al cervello di roditori e umani", afferma Limoli.
Probabilmente nessuno ha visto questi tipi di difetti negli astronauti di oggi perché le persone che lavorano sulla Stazione Spaziale Internazionale sono "protette dalla magnetosfera terrestre, che devia qualsiasi cosa abbia una carica", dice Limoli. E mentre gli astronauti che viaggiavano sulla luna non erano protetti dall'abbraccio magnetico terrestre, i loro viaggi relativamente brevi avrebbero livelli di esposizione limitati a una frazione di quelli che sarebbero stati sperimentati in una missione su Marte.
Mentre i risultati di questo esperimento sono stati sorprendenti, altri esperti sottolineano che mancano ancora dati sufficienti per trarre conclusioni definitive sugli effetti delle radiazioni delle persone. "Molte delle informazioni che abbiamo sono state estrapolate da studi su eventi catastrofici nella seconda guerra mondiale", afferma Nathan Schwadron, professore associato di fisica del plasma spaziale presso l'Università del New Hampshire. "Non abbiamo molte conoscenze su cosa succede ai sistemi biologici se esposti a livelli elevati di radiazioni per periodi prolungati. Penso che qui ci sia un rischio potenziale, ma in realtà non lo capiamo ancora ”.
Quindi cosa si deve fare? La NASA sta attualmente studiando tecnologie di protezione più avanzate che potrebbero proteggere meglio gli astronauti nelle missioni a lungo termine nello spazio profondo. Gli ingegneri potrebbero anche alterare le capacità di schermatura all'interno di alcune regioni della nave, come ad esempio dove dormono gli astronauti, o montare persone con elmetti specializzati per le passeggiate nello spazio, afferma Limoli.
Schwadron, la cui ricerca si concentra principalmente sullo sviluppo di schermature avanzate, afferma che l'energia proveniente dalle radiazioni cosmiche galattiche è così elevata che interagisce con i materiali di schermatura in modi potenzialmente problematici. “Quello che succede è che le radiazioni ad alta energia colpiscono lo scudo e quindi producono un bagno di particelle secondarie. Neutroni ne sono probabilmente il principale esempio. ”Queste particelle ad alta energia possono quindi interagire con il corpo, inducendo reazioni dei radicali liberi e conseguenti danni ai tessuti.
Andando avanti, Limoli e il suo team hanno in programma di progettare esperimenti che simulano più accuratamente l'esposizione umana ai raggi cosmici galattici e studiano meccanismi e tipi cellulari sottostanti alternativi che potrebbero contribuire alla proliferazione dei deficit cognitivi. Sta inoltre studiando interventi farmacologici che potrebbero proteggere il tessuto cerebrale da questa radiazione.
"Abbiamo alcuni composti promettenti che probabilmente aiuteranno un bel po '", afferma Limoli. "Questo non è un problema, è qualcosa che dobbiamo capire ed essere consapevoli in modo da non essere colti di sorpresa."
