Le simulazioni con modelli animali intese a rispecchiare l'esposizione alle radiazioni cosmiche galattiche degli astronauti stanno sollevando bandiere rosse per gli investigatori del Georgetown University Medical Center (GUMC) sulla salute degli astronauti durante i lunghi viaggi, come Marte.

Il loro studio più recente, pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ), suggerisce che il bombardamento dello spazio profondo da parte delle radiazioni cosmiche galattiche (GCR) potrebbe danneggiare in modo significativo il tessuto gastrointestinale (GI) portando ad alterazioni funzionali a lungo termine. Lo studio solleva anche preoccupazione per l'alto rischio di sviluppo di tumori nello stomaco e nel colon.

Il loro lavoro precedente ha evidenziato un potenziale danno al tessuto cerebrale e un invecchiamento accelerato durante lunghi viaggi nello spazio a causa dell'effetto di ioni pesanti energetici, che non influenzano i terrestri a causa della magnetosfera protettiva globale.

"Gli ioni pesanti come il ferro e il silicio sono dannosi a causa della loro massa maggiore rispetto ai fotoni privi di massa come i raggi X e i raggi gamma (γ) prevalenti sulla terra, nonché i protoni a bassa massa nello spazio esterno, " dice il ricercatore senior dello studio, Kamal Datta, dottore, professore associato presso il Dipartimento di Biochimica e capo progetto del Centro di ricerca specializzato della NASA (NSCOR) al GUMC.

"Con l'attuale tecnologia di schermatura, è difficile proteggere gli astronauti dagli effetti negativi delle radiazioni ioniche pesanti. Sebbene possa esistere un modo per utilizzare medicinali per contrastare questi effetti, nessun agente di questo tipo è stato ancora sviluppato, "dice Datta, anche un membro del Georgetown Lombardi Comprehensive Cancer Center. "Mentre i viaggi brevi, come le volte in cui gli astronauti sono andati sulla Luna, potrebbero non esporli a questo livello di danno, la vera preoccupazione sono le lesioni permanenti da un lungo viaggio come un viaggio su Marte o altre missioni nello spazio profondo che sarebbe molto più lungo" dice.

Il tratto gastrointestinale è un tessuto auto-rinnovante con continua divisione/proliferazione cellulare, dicono i ricercatori. Lo strato di cellule della mucosa (superiore) viene sostituito ogni tre-cinque giorni attraverso la migrazione coordinata di nuove cellule dal fondo di una struttura a forma di fiasco chiamata cripta verso il lume dell'intestino. "Qualsiasi disturbo di questo meccanismo di sostituzione porta al malfunzionamento dei processi fisiologici come l'assorbimento dei nutrienti e avvia processi patologici come il cancro, ", afferma Albert Fornace Jr., coautore di Georgetown, dottore, direttore del NSCOR.

Per studiare l'effetto degli ioni pesanti sul tratto gastrointestinale, gli scienziati hanno utilizzato l'intestino tenue di topo come sistema modello. I topi sono stati esposti a una bassa dose di radiazioni di ferro presso il NASA Space Radiation Laboratory (NSRL) nel Brookhaven National Laboratory a Long Island, New York, e gli animali furono poi esaminati a Georgetown.

I ricercatori hanno confrontato il gruppo di topi che hanno ricevuto ioni pesanti con topi esposti ai raggi gamma, che sono paragonabili ai raggi X, e ad un terzo, gruppo di controllo non esposto. Gli scienziati hanno scoperto che le cellule intestinali del gruppo degli ioni pesanti non assorbono adeguatamente i nutrienti e che formano polipi cancerosi.

Inoltre, c'erano prove che la radiazione di ferro induceva danni al DNA che aumentavano il numero di cellule senescenti. Le cellule senescenti sono incapaci di una normale divisione cellulare ma non sono "silenziose, "dice Datta.

"Generano stress ossidativo e molecole infiammatorie che inducono più danni. Questo ha fortemente influenzato la migrazione delle cellule necessarie per sostituire il rivestimento intestinale che ha rallentato il funzionamento del tratto gastrointestinale, " lui dice.

Anche se una dose molto bassa è stata somministrata per l'equivalente di un periodo di mesi nello spazio profondo, gli effetti delle radiazioni ioniche pesanti sembravano essere permanenti, dice Fornace.

"Abbiamo documentato gli effetti delle radiazioni spaziali profonde su alcuni organi vitali, ma crediamo che risposte simili ai danni possano verificarsi in molti organi, " afferma Datta. "È importante comprendere questi effetti in anticipo in modo da poter fare tutto il possibile per proteggere i nostri futuri viaggiatori spaziali".