La microgravità nello spazio perturba la fisiologia umana ed è dannosa per la salute degli astronauti, un fatto realizzato per la prima volta durante le prime missioni Apollo quando gli astronauti hanno sperimentato disturbi dell'orecchio interno, aritmia cardiaca, bassa pressione sanguigna, disidratazione, e la perdita di calcio dalle loro ossa dopo le loro missioni.

Una delle osservazioni più sorprendenti delle missioni Apollo è stata che poco più della metà degli astronauti si è ammalata di raffreddore o altre infezioni entro una settimana dal ritorno sulla Terra. Alcuni astronauti hanno persino sperimentato la riattivazione di virus dormienti, come il virus della varicella. Questi risultati hanno stimolato studi sugli effetti della gravità debole, o "microgravità, "sul sistema immunitario, che gli scienziati stanno esplorando da decenni di lanci di razzi con equipaggio, viaggi della navetta e stint della stazione spaziale, o talvolta simulando la gravità spaziale nei laboratori terrestri.

Nell'ultimo studio condotto da una delle prime donne astronaute, Millie Hughes-Fulford, dottorato di ricerca, i ricercatori della UCSF e della Stanford University hanno ora dimostrato che l'indebolimento del sistema immunitario di un astronauta durante i viaggi nello spazio è probabilmente dovuto in parte all'attivazione anormale delle cellule immunitarie chiamate cellule T regolatrici (Tregs).

Le treg vengono normalmente attivate per ridurre le risposte immunitarie quando l'infezione non è più minacciata e sono importanti regolatori delle risposte immunitarie in malattie che vanno dal cancro al COVID-19. In condizioni di microgravità, però, i ricercatori hanno trovato cambiamenti nelle Tregs che li hanno preparati per andare a lavorare anche prima che il sistema immunitario fosse messo alla prova. Quando hanno stimolato una risposta immunitaria nelle cellule immunitarie umane da campioni di sangue in microgravità, con una sostanza chimica spesso utilizzata nella ricerca per imitare un agente patogeno di una malattia, hanno scoperto che le Tregs hanno contribuito a sopprimere la risposta immunitaria che è stata attivata. Questa scoperta inaspettata è pubblicata online il 7 giugno sulla rivista Nature Rapporti scientifici .

Hughes-Fulford è diventata la prima donna specialista del carico utile ad orbitare intorno alla Terra con i suoi esperimenti nel 1991, e per decenni, fino alla sua morte per leucemia a febbraio, ha studiato gli effetti della microgravità sulla salute, prima con un'enfasi sull'osteoporosi e poi con un focus sul sistema immunitario. In qualità di ricercatore presso il Veterans Affairs Medical Center di San Francisco e membro della facoltà dell'UCSF a lungo affiliato al Dipartimento di Medicina, Hughes-Fulford è stato mentore di aspiranti scienziati spaziali, compresi i co-ricercatori principali di questo ultimo studio di immunologia.

Giordano Spatz, dottorato di ricerca, uno scienziato spaziale e studente di medicina dell'UCSF che divenne co-PI dello studio dopo la morte di Hughes-Fulford, ha osservato che man mano che i viaggi spaziali diventano sempre più commercializzati e più comuni, le preoccupazioni per lo stato di salute dei viaggiatori spaziali sono destinate a crescere.

"All'inizio del programma spaziale, la maggior parte degli astronauti era giovane ed estremamente sana, ma ora tendono ad avere molta più formazione e sono più grandi, " disse Spatz. "Inoltre, a parte gli astronauti, con la commercializzazione del volo spaziale ci saranno molti più individui più anziani e meno sani che sperimenteranno la microgravità. Dal punto di vista medico spaziale, vediamo che la microgravità fa molte cose cattive al corpo umano, e speriamo di ottenere la capacità di mitigare alcuni degli effetti della microgravità durante i viaggi nello spazio".

Il nuovo studio ha avanzato la ricerca precedente guidata da Hughes-Fulford, confermando alcune delle sue precedenti scoperte da esperimenti nello spazio e in microgravità simulata, contribuendo allo stesso tempo a ulteriori scoperte molecolari. Hughes-Fulford in precedenza aveva trovato risposte più deboli dai linfociti T del sistema immunitario, alcuni dei quali attaccano direttamente agenti patogeni specifici e alcuni aiutano a orchestrare la risposta immunitaria.

"È un doppio smacco, " ha detto il co-PI Brice Gaudilliere, dottore, dottorato di ricerca, professore associato presso il Dipartimento di Anestesia presso la Stanford University School of Medicine. "C'è uno smorzamento delle risposte di attivazione immunitaria dei linfociti T, ma anche un'esacerbazione delle risposte immunosoppressive da Tregs." I ricercatori hanno anche scoperto che i linfociti "killer naturali" erano meno attivi in ​​condizioni di microgravità simulata, mentre le cellule B che producono anticorpi sembravano non essere interessate.

I ricercatori hanno simulato la microgravità nei campioni di sangue con uno specialista, cilindrico, recipiente per colture cellulari con rotazione motorizzata, uno strumento di ricerca sulla microgravità di lunga data, ma il metodo dell'analisi unicellulare era unico. Gli scienziati hanno identificato le singole cellule immunitarie per tipo specifico e hanno utilizzato tag metallici e spettroscopia di massa per rilevare e quantificare contemporaneamente dozzine di proteine ​​​​che svolgono un ruolo nella funzione immunitaria, oltre a confermare modelli precedentemente identificati di attivazione genica alterata.