Crédito:ESA / NASA
La magnetosfera terrestre nos protege de los rayos cósmicos más dañinos que bombardean nuestro planeta pero más allá de este escudo natural, los astronautas están sometidos a una radiación cien veces mayor que a nivel del mar.
Los riesgos de la radiación están en el centro de atención de los esfuerzos de investigación de la ESA. La primera "escuela de verano sobre radiación" tuvo lugar el año pasado para formar a los estudiantes y estimular ideas novedosas para la investigación de los efectos de la radiación espacial en los seres humanos.
Los jóvenes investigadores recibieron una introducción a la física y la biología de la radiación y tuvieron que pensar en experimentos biológicos para ejecutar en varios aceleradores de partículas asociados de la ESA en Europa. Las mejores propuestas ganaron la oportunidad de encender el acelerador y disparar partículas atómicas en su experimento.
Irradiación de células madre
El primer premio de la escuela de verano de radiación 2019 fue para Emiliano Bolesani, un investigador afincado en Alemania, que está ansioso por identificar la respuesta patofisiológica de las células del corazón cuando se exponen a la radiación cósmica. Para hacer esto, Emiliano propuso utilizar células madre para el crecimiento de estructuras de tejido cardíaco que luego se colocarán en el extremo receptor del acelerador de partículas del centro GSI Helmholtz para la investigación de iones pesados en Darmstadt. Alemania.
La novedad de este enfoque es el crecimiento de microtissidos del corazón para imitar la composición celular del corazón humano.
Impresión artística (no a escala) idealizando cómo el viento solar da forma a las magnetosferas de Venus (arriba), Tierra (centro) y Marte (abajo). A diferencia de Venus y Marte, La Tierra tiene un campo magnético interno que desvía las partículas cargadas del viento solar a medida que se alejan del Sol. tallando una "burbuja", la magnetosfera, alrededor del planeta. En Marte y Venus, que no generan un campo magnético interno, el principal obstáculo para el viento solar es la atmósfera superior, o ionosfera. Al igual que en la tierra, La radiación ultravioleta solar separa los electrones de los átomos y moléculas en esta región, creando una región de gas ionizado cargado eléctricamente:la ionosfera. En Marte y Venus, esta capa ionizada interactúa directamente con el viento solar y su campo magnético para crear una magnetosfera inducida. que actúa para ralentizar y desviar las partículas del viento solar alrededor del planeta. Crédito:ESA
Emiliano quiere averiguar qué tipo de células son más susceptibles al daño por radiación:cardiomiocitos, células endoteliales, células de músculo liso o fibroblastos, e identifique cómo se influyen entre sí. Los datos ayudarán a crear un modelo analítico para predecir cómo las células interactuarán entre sí frente a la radiación.
"Tengo la esperanza de que el sistema también se pueda utilizar en el futuro para detectar moléculas que puedan evitar que las células sufran daños por radiación, "dice Emiliano, de la Escuela de Medicina de Hannover.
"Es emocionante utilizar las instalaciones exclusivas que se ofrecen, pero aún más, esta investigación podría tener implicaciones directas para limitar los efectos no deseados en el sistema cardiovascular después de la radioterapia. Esta estrategia podría extenderse a otros órganos en el futuro y podría ayudar a proteger la salud de los astronautas mientras exploran el espacio profundo ".
El acelerador de anillo SIS-18 puede disparar iones a objetivos, incluidas células biológicas, recreando la radiación cósmica. Analizar cómo interactúan los iones ayudará a los diseñadores de misiones a desarrollar nuevas formas de minimizar los riesgos de la radiación cósmica. Los iones se aceleran con imanes al 90% de la velocidad de la luz, o 270 000 km / s. Esta imagen muestra un elemento de diagnóstico de haz, lo que permite a los científicos analizar la forma del haz de iones a su paso. Crédito:Gabi Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
Un nuevo acelerador internacional, la Instalación para la Investigación de Antiprotones e Iones (FAIR), ahora en construcción cerca de Darmstadt, Alemania, en el Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados (GSI) existente, proporcionará haces de partículas como los que existen en el espacio y los pondrá a disposición de los científicos para estudios que se utilizarán para hacer que las naves espaciales sean más robustas y ayudar a los humanos a sobrevivir a los rigores de los vuelos espaciales. Por ejemplo, los investigadores podrán investigar cómo las células y el ADN humano se alteran o dañan por la exposición a la radiación cósmica y qué tan bien resisten los microchips las condiciones extremas en el espacio. El elemento central de FAIR será un nuevo anillo acelerador con una circunferencia de 1100 m, capaz de acelerar protones a velocidades cercanas a la de la luz. Los aceleradores GSI existentes se reutilizarán para servir como aceleradores previos para la nueva instalación FAIR. Esta imagen muestra el equipo de alta tecnología que genera las partículas, que luego se inyectan en los sistemas de aceleración GSI y FAIR. Crédito:GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH / Jan Michael Hosan 2018
La radiación cósmica podría aumentar los riesgos de cáncer durante misiones de larga duración. El daño al cuerpo humano se extiende al cerebro, corazón y el sistema nervioso central y prepara el escenario para las enfermedades degenerativas. Se ha informado de un mayor porcentaje de cataratas de inicio temprano en los astronautas. El campo magnético y la atmósfera de la Tierra nos protegen del constante bombardeo de rayos cósmicos galácticos, partículas energéticas que viajan a una velocidad cercana a la de la luz y penetran en el cuerpo humano. Una segunda fuente de radiación espacial proviene de eventos impredecibles de partículas solares que emiten altas dosis de radiación en un corto período de tiempo. provocando "enfermedad por radiación" a menos que se tomen medidas de protección. Crédito:ESA
Siguiente… células de astronautas
Emiliano ha trabajado con un equipo para proponer una idea más detallada para recolectar células de astronautas antes y después de un vuelo espacial. Los tejidos y órganos cultivados a partir de las células de los astronautas podrían colocarse bajo el rayo de un acelerador de partículas para ver su reacción a la radiación espacial simulada.
Este estudio podría arrojar luz sobre las pistas celulares y moleculares que subyacen a la respuesta individual a la radiación espacial.
"Cada uno de nosotros tiene una susceptibilidad diferente a la radiación, "explica Emiliano, "Este es un problema para la radioterapia, ya que puede influir en la eficacia de los tratamientos en la Tierra, además de tener implicaciones para los astronautas expuestos a la radiación espacial.
"La otra pregunta detrás de este posible estudio de seguimiento es si las células se adaptan durante los vuelos espaciales y 'recuerdan' después de regresar a la Tierra:¿son los cambios epigenéticos y fisiológicos más duraderos? En otras palabras, ¿Se "captura" el vuelo espacial como una huella en nuestro ADN? "
