Comprendere il fenomeno della perdita della massa muscolare nello spazio

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Come è noto, uno degli effetti
collaterali che la lunga permanenza nello spazio manifesta nel corpo
umano è la perdita di massa muscolare. Con il passare dei giorni,
delle settimane e dei mesi, la muscolatura degli astronauti non
essendo più sollecitata dalla piena gravità viene via via a ridurre
la propria massa, anche del 40%, rispondendo così a specifici
segnali metabolici.

Il libro dell’astronauta Scott Kelly
“Endurance”, pubblicato dopo la storica missione record sull’ISS
durata un anno, inizia proprio con la descrizione delle difficoltà
che egli ha dovuto affrontare al rientro dallo spazio nel marzo del
2016. Difficoltà sia motorie che psicologiche davvero pesanti; basti
pensare che ha dovuto riabituarsi a dormire sdraiato in un letto
normale “sentendo” il peso delle coperte.

Il comandante Kelly ed il suo compagno
di avventura, il russo Michail Kornienko una volta tornati sulla
Terra hanno comunque avuto a disposizione team di medici e
fisioterapisti che li hanno seguiti per tutto il periodo della
riabilitazione, rimettendoli in sesto con le corrette modalità e le
corrette tempistiche.

Tuttavia la perdita di massa muscolare
sarà senza dubbio più inficiante per le missioni previste nel
futuro, quelle indirizzate alla Luna e a Marte. Una ricerca sulla
International Space Station mira a comprendere il meccanismo che
porta a questa perdita, in modo tale da permettere agli scienziati di
trovare il modo di mantenere gli astronauti in forma durante le
missioni a lunga durata.

Denominata Molecular Muscle Experiment, questa indagine pone sotto esame il meccanismo che causa la perdita di massa muscolare al fine di sviluppare delle efficaci contromisure per contrastare il fenomeno. Nello specifico, essa studia l’attività dei geni coinvolti nelle attività dell’insulina e dei suoi recettori posti all’esterno della membrana cellulare. Gli esperimenti orbitali svolti in passato hanno evidenziato che il volo spaziale influenza negativamente questa attività, portando a delle anomalie metaboliche e muscolari in diverse varietà di organismi.

“L’insulina ed i collegamenti fra essa ed il suo recettore cellulare sono due dei percorsi molecolari che subiscono i maggiori mutamenti nei voli spaziali,” Ha detto Timothy Etheridge, un ricercatore dell’University of Exeter in Inghilterra, nonché uno dei principal investigator. Riuscire a stabilire il nesso fra questi cambiamenti e la perdita di massa muscolare durante i voli spaziali a lunga durata, rende questi percorsi i più probabili target per le terapie di prevenzione e per i trattamenti post-rientro nell’ambito delle missioni spaziali del futuro.

Per svolgere queste ricerche, gli
scienziati stanno utilizzando un organismo modello: il nematode C.
elegans. Il C. elegans è un verme lungo circa 1 mm, che vive nel
suolo in regioni temperate.

“Sul piano molecolare, sia strutturalmente che a livello metabolico, i vermi sono molto simili ai muscoli umani e mostrano gli stessi cambiamenti durante i voli spaziali,” ha proseguito Etheridge. “Sul piano pratico, essi sono sono molto piccoli, poco costosi e crescono velocemente; e ciò riduce i costi e le tempistiche richiesti per gli esperimenti.” Il C. elegans (Caenorhabditis elegans) ha un sistema nervoso noto composto da soli 302 neuroni, inoltre il suo intero genoma è già stato sequenziato.

La degradazione neuronale di un verme che invecchia. (C) ESA.

Per determinare se i meccanismi di
comunicazione fra l’insulina ed i suoi recettori cellulari sono
effettivamente alla base del fenomeno della perdita di massa
muscolare, la ricerca prevede di porre sotto esame le alterazioni
nelle espressioni genetiche e proteiche ed il ruolo dei percorsi
molecolari e metabolici multipli che vengono in qualche modo alterati
dalle condizioni dei voli spaziali.

In aggiunta, un team di scienziati della Foundation for research and Technology-Hellas (FORTH) e della University of Crete, in Grecia, prevedono di esaminare il ruolo del volo spaziale nel danneggiamento di specifici neuroni. Delle ulteriori analisi valuteranno se i rimedi attualmente utilizzati per mantenere la salute muscolare, in realtà impediscono realmente i cambiamenti nelle espressioni geniche e proteiche ripetutamente osservate nel volo spaziale.

Come spessissimo accade nelle ricerche
correlate alle attività spaziali, i risultati ottenuti da queste
investigazioni potrebbero avere una varietà di applicazioni anche
sulla Terra. L’insulina ed i suoi recettori cellulari giocano un
ruolo chiave in diverse malattie come il diabete e la distrofia
muscolare, oltre che nei processi di invecchiamento. Inoltre, anche
sulla Terra è possibile subire la perdita di massa e performance
muscolare, in particolare nei casi di lunghi periodi di degenza
ospedaliera, in cui il soggetto è costretto a letto per periodi
prolungati.

“Identificare i meccanismi molecolari nascosti nei fenomeni di degradazione muscolare e neuronale nello spazio può decisamente essere utile per sviluppare delle terapie per combattere i fenomeni neuro-degenerativi legati all’età,” ha spiegato Nektarios Tavernarakis della FORTH, anch’egli principal investigator del progetto. In sostanza, il volo spaziale rappresenta essenzialmente un modello accelerato dell’invecchiamento dell’essere umano, nonché un’opportunità per meglio comprendere i processi di invecchiamento che avvengono sulla Terra.

Molecular Muscle è la prima ricerca
sulla Stazione spaziale ad essere condotta da un team del Regno
Unito. L’UK Space Agency si è aggiunta al programma
dell’International Space Station nel 2012, ed è membro del programma
di esplorazione dell’ESA che contribuisce ai costi della Stazione
spaziale.

I vermi sono partiti da Cape Canaveral
lo scorso 5 dicembre a bordo di una capsula Dragon collocata in
orbita da un Falcon 9 della SpaceX.

L’investigazione è supportata dall’ESA, dalla UK Space Agency, dal UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), dal Medical Research Council (MRC) e dall’Arthritis Research UK. Oltre agli scienziati inglesi e greci, anche ricercatori provenienti dagli USA, dal Giappone e dalla Corea del Sud stanno partecipando al progetto.

Fonti: astrobiology.com; ESA;
Wikipedia;