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Le nanoparticelle per la medicina spaziale, per la salute degli ...

Le nanoparticelle per la medicina spaziale, per la salute degli …

Questo post è a cura di Gianni Ciofani, responsabile Smart Bio-Interfaces Lab, IIT

Lo studio delle reazioni del corpo umano nei viaggi nello spazio rappresenta un’opportunità eccezionale per noi scienziati, in quanto consentono da un lato di rispondere a domande biologiche di difficile investigazione sulla terra, dall’altra di aprire una nuova strada per l’osservazione e cura di patologie sconosciute: la “medicina spaziale“.

Negli ultimi decenni sono state ipotizzate missioni che obbligherebbero gli equipaggi a lunghi periodi di esposizione a microgravità, ma è noto che una tale condizione porta ad alterazioni fisiologiche che influenzano pesantemente la permanenza stessa nello spazio. Già oggi, quando gli astronauti rientrano nella gravità terrestre, presentano temporanei deficit motori e posturali. Fra i vari altri effetti, inoltre, si osserva una grave atrofia muscolare e una significativa riduzione di forza e potenza del sistema muscolo-scheletrico. In futuro, il tempo che gli astronauti passeranno nella stazione spaziale internazionale supererà i sei mesi, mentre coloro che viaggeranno da e per Marte rimarranno nei moduli di trasporto per più di due anni. È evidente, allora, che comprendere gli effetti dell’esposizione alla microgravità diventa una sfida biomedicale di primaria importanza.

L’ambiente spaziale, inoltre, consente di realizzare particolari esperimenti per comprendere patologie “terrestri” quali l’osteoporosi e la distrofia muscolare. Io e il mio gruppo al Centro di IIT a Pontedera sfruttiamo l’alterazione della forza gravitazionale come stimolo “fisico” sulle cellule dei tessuti, così da ottenere specifici comportamenti biologici. Negli ultimi anni abbiamo condotto progetti in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), oltre a partecipare a numerose campagne per la realizzazione di esperimenti presso l’ESTEC (il centro europeo per la ricerca e la tecnologia spaziale di ESA) a Noordwijk nei Paesi Bassi. In particolare, abbiamo studiato la risposta di cellule ossee e muscolari ad accelerazioni maggiori di quella della gravità (fino a 20 volte), utilizzando la “large diameter centrifuge”, ovvero una “mega-centrifuga” che consente lo svolgimento di esperimenti biologici complessi in un ambiente di ipergravità. Sempre presso l’ESTEC abbiamo svolto di recente i test di “PlanOx2”, un progetto finanziato da ESA, che prevede lo studio dello stress ossidativo in organismi viventi interi – noi ci siamo focalizzati sui vermi piatti planarie- in seguito all’alterazione della forza di gravità.

La ricerca consentirà di fare luce sulla generazione di radicali liberi – cioè molecole molto reattive che danneggiano macromolecole biologiche come proteine, lipidi ed acidi nucleici –in regime di gravità alterata- in modo da potere studiare possibili soluzioni terapeutiche. In tale occasione abbiamo allargato il nostro studio proprio alle proprietà di un nanomateriale intelligente, le nanoparticelle di ceria (una ceramica), per verificare che fosse in grado di contrastare l’insorgenza dei radicali liberi dannosi per l’organismo. Questi nanomateriali, infatti, hanno una struttura cristallina che gli permette di catturare i radicali liberi – una volta nel tessuto si comportando da veri e propri “spazzini” – e ridurre lo stress ossidativo in sistemi biologici.

I nostri studi hanno dimostrato come la nanoceria sia ben tollerata sia in sistemi di cellule in vitro sia in modelli animali, e che può avere ricadute significative nella protezione dei neuroni e degli occhi e nel risanamento dei tessuti in seguito a danni da radiazione. L’estrema versatilità della nanoceria consente lo sfruttamento delle sue proprietà antiossidanti senza la necessità di una ripetuta somministrazione del preparato, a differenza degli antiossidanti naturali che vengono invece degradati e metabolizzati rapidamente dall’organismo.

Abbiamo testato la nanoceria anche in esperimenti a bordo della stazione spaziale internazionale ISS, con il supporto di ASI e nell’ambito della missione VITA dell’astronauta Paolo Nespoli. Per circa un mese le nostre attività si sono spostate presso il Kennedy Space Center a Cape Canaveral, dove in collaborazione con la Scuola Sant’Snna di Pisa ed il supporto industriale di Kayser Italia, abbiamo messo a punto degli esperimenti che hanno raggiunto la stazione spaziale a bordo del vettore Dragon-SpaceX-12. I test riguardavano le proprietà antiossidanti della nanoceria su colture di cellule muscolari. Il campione è rientrato sulla Terra lo scorso settembre, e stiamo terminando le analisi dei risultati ottenuti.

A breve ripartiremo per andare in orbita di nuovo sull’ISS, nell’ambito di un altro progetto, il progetto NOEMI, selezionato ancora dall’ESA e sostenuto dalla fondazione Cariplo. Anche in questo caso, l’oggetto dello studio sarà l’interazione fra la nanoceria e le cellule muscolari, allo scopo di continuare ad analizzare gli effetti protettivi sullo stress ossidativo in modelli in vitro del muscolo scheletrico. Il lancio verso la stazione spaziale è ad oggi programmato per il prossimo 3 febbraio. Il nostro obiettivo è di arrivare a individuare terapie semplici, ma innovative, come per esempio integratori alimentari basati sulle nanotecnologie, per gli astronauti del futuro.

IIT

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