Microglia reattive (rosso + verde) nell'ippocampo di topo irradiato. La macchia blu è il nucleo cellulare per riferimento anatomico. Fonte: Rosi lab / UCSF

La NASA e società spaziali private come SpaceX pianificano di inviare esseri umani sul pianeta rosso entro i prossimi 15 anni, ma tra le principali sfide che devono affrontare le future missioni spaziali con equipaggio è la protezione degli astronauti dalla pericolosa radiazione cosmica dello spazio profondo.

Ora il laboratorio di Susanna Rosi PhD, neuroscienziata della UCSF, ha identificato il primo potenziale trattamento del danno cerebrale causato dall'esposizione ai raggi cosmici, un farmaco che previene il deterioramento della memoria nei topi esposti a radiazioni spaziali simulate. Lo studio è stato pubblicato il 18 maggio 2018 in Scientific Reports.

Gli esseri umani che si avventurano oltre i campi magnetici protettivi della Terra saranno esposti a livelli di radiazione cosmica stimati in 1.000 volte quelli presenti sulla terra o persino nell'orbita bassa della Stazione Spaziale Internazionale. Proteggere gli astronauti da queste radiazioni nocive sarà la chiave per rendere possibile l'esplorazione, e forse un giorno la colonizzazione, dello spazio profondo.

La Rosi, che è direttrice della ricerca neurocognitiva nel Brain and Spinal Injury Center della UCSF e professore nei dipartimenti di fisioterapia e riabilitazione, e di chirurgia neurologica, negli ultimi 4 anni ha condotto una ricerca finanziata dalla NASA per capire come le radiazioni spaziali profonde possono influenzare il cervello degli astronauti.

Il gruppo della Rosi aveva scoperto in precedenza che l'esposizione dei topi alla radiazione spaziale simulata causa problemi per la memoria, le interazioni sociali e l'ansia e ha collegato questi sintomi all'attivazione di cellule chiamate microglia, che fanno parte del sistema immunitario del cervello. L'attivazione delle microglia promuove un'infiammazione cerebrale simile a quella che si osserva nei disturbi neurodegenerativi come l'Alzheimer, e scova e consuma le sinapsi, le connessioni porta-informazioni tra le cellule cerebrali.

"Stiamo iniziando ad avere le prove che l'esposizione alle radiazioni dello spazio profondo potrebbe influenzare la funzione cerebrale a lungo termine, ma per quanto ne so, nessuno ha esplorato eventuali contromisure che potrebbero proteggere il cervello degli astronauti da questo livello di radiazioni" ha detto la Rosi, che fa parte del Weill Institute for Neuroscience, del Kavli Institute of Fundamental Neuroscience e dell'UCSF Helen Diller Family Comprehensive Cancer Center.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno collaborato con i coautori della Loma Linda University nel sud della California, esponendo per un giorno dei topi a una dose di radiazioni paragonabile a quella che potrebbero sperimentare nello spazio profondo. Gli esperimenti sono stati condotti al NASA Space Radiation Laboratory del Brookhaven National Laboratory di New York, l'unica struttura nel paese in cui sono possibili tali esperimenti. Dalla settimana dopo essere stati rispediti alla UCSF, alcuni dei topi sono stati trattati per 15 giorni con PLX5622, un farmaco prodotto dalla società farmaceutica di Berkeley Plexxikon Inc, e che nel laboratorio della Rosi aveva in precedenza provato di prevenire i deficit cognitivi in ​​un topo modello di radioterapia del cancro, quando è somministrato prima dell'irradiazione del cervello.

Nel presente studio, gli animali irradiati inizialmente non mostravano deficit cognitivi, ma dopo tre mesi hanno iniziato a mostrare segni di deterioramento della memoria. Normalmente, quando i ricercatori posizionano i topi in una stanza con un oggetto familiare e non familiare, gli animali passano più tempo ad esplorare il nuovo oggetto. Ma i topi che erano stati esposti alla radiazione spaziale tre mesi prima esploravano i due oggetti allo stesso modo, presumibilmente perché non ricordavano di aver visto uno degli oggetti il ​​giorno prima.

Nel compito di memoria, gli animali che erano stati trattati con PLX5622 subito dopo essere stati esposti a radiazioni, avevano prestazioni sorprendentemente simili a quelle dei topi sani. I ricercatori hanno esaminato il cervello degli animali e hanno dimostrato che, mentre il cervello dei topi non trattati era pieno di microglia attive e aveva perso un numero significativo di sinapsi, il cervello dei topi trattati sembrava normale. Gli autori ipotizzano che, costringendo il cervello a sostituire le microglia irritabili ed esposte alle radiazioni con nuove microglia sane, il farmaco ha permesso agli animali di evitare le conseguenze cognitive delle radiazioni.

"Questa è davvero una prova chiara, in primo luogo che far ripartire le microglia del cervello può proteggere la funzione cognitiva a seguito dell'esposizione alle radiazioni, e in secondo luogo che non è necessario trattare immediatamente dopo l'esposizione alle radiazioni perché il farmaco sia efficace", ha detto la Rosi.

Composti simili al PLX5622 prodotti da Plexxikon (inibitori di una molecola di recettore cellulare chiamato CSF1R) sono già in studi clinici per molteplici forme di cancro umano, il che suggerisce che le nuove scoperte potrebbero passare presto all'uso umano, dicono i ricercatori. Oltre il volo spaziale, questi composti potrebbero essere potenzialmente usati per prevenire deterioramenti cognitivi a ​​seguito della radioterapia del cancro o per il deterioramento cognitivo correlato all'età, anch'esso collegato all'infiammazione cerebrale guidata dalle microglia.

"La NASA è molto interessata a scoprire i modi per garantire sia la sicurezza degli astronauti che il successo delle missioni durante i viaggi nello spazio profondo", ha detto la co-autrice dello studio Karen Krukowski PhD, ricercatrice postdottorato nel laboratorio della Rosi. "Ma gli astronauti sono una piccola popolazione; queste scoperte potrebbero potenzialmente aiutare a prevenire molte altre forme di deterioramento cognitivo".

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