TODI – C’è, o meglio c’è stato, un po’ di Todi e del nostro Liceo nello spazio. La navicella Dragon, lanciata dal Kennedy Space Center di Cape Canaveral e agganciata sulla Stazione spaziale internazionale per studiare gli effetti della microgravità sulla biologia delle cellule del muscolo scheletrico, portava gli esperimenti di una missione cui ha lavorato, e lavora a tutt’oggi, un team di ricercatori di tutto rispetto. Tra loro, due scienziate tuderti, una di adozione e una di origine, entrambe ex allieve del Liceo “Jacopone da Todi”, Sara Chiappalupi, giovane assegnista del Dipartimento di medicina sperimentale dell’Ateneo perugino, e la professoressa Stefania Fulle dell’Università di Chieti-Pescara, titolare del progetto Myogravity. Co-responsabile del progetto il professor Guglielmo Sorci, docente di anatomia umana all’Università di Perugia, ricercatrice anche Ester Sara Di Filippo, assegnista di ricerca dell’Università di Chieti-Pescara. A Sara abbiamo rivolto alcune domande.
Come è iniziata quest’avventura? Come ha fatto l’Ateneo perugino ad ottenere questa importante collaborazione con i laboratori della NASA?
Il progetto Myogravity è stato finanziato dall’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) e fa parte di un più ampio e ambizioso studio scientifico internazionale e pluridisciplinare, il progetto VITA-Biomission, in collaborazione con la NASA e l’ESA (Agenzia spaziale europea). È coordinato dalla Professoressa Stefania Fulle dell’Università di Chieti-Pescara, in collaborazione con il Professor Guglielmo Sorci dell’Università di Perugia. Sia il mio gruppo, vale a dire quello del Professor Sorci a Perugia, sia quello della Prof.ssa Fulle a Chieti si occupano e collaborano, da anni, allo studio dei diversi aspetti del muscolo scheletrico. Entrambi possono vantare molta esperienza nello studio dei meccanismi molecolari che sono alla base della biologia del muscolo scheletrico, sia in condizioni fisiologiche sia in diverse condizioni patologiche, come l’atrofia e la distrofia muscolare.
In che cosa consiste il progetto di ricerca e quali sono i suoi obiettivi?
Nello specifico, il progetto Myogravity ha lo scopo di studiare gli effetti dell’assenza di gravità sulla biologia delle cellule satelliti, le cellule staminali adulte del muscolo scheletrico, e di valutare potenziali mezzi per contrastare i danni muscolari che il corpo umano subisce durante i viaggi di lunga durata nello spazio, come quello che andrebbe affrontato per raggiungere Marte, prossimo obiettivo della NASA. Le scoperte e i dati che si otterranno, inoltre, potranno avere dei risvolti anche per lo studio di patologie presenti sulla Terra, in quanto alla base ci sono meccanismi molecolari comuni.
Gran parte degli studi vengono svolti a bordo della ISS (Stazione Spaziale Internazionale) e condotti direttamente dal nostro astronauta Paolo Nespoli, in quanto l’ISS è l’unica piattaforma scientifica spaziale sulla quale è possibile effettuare esperimenti in assenza di gravità. La ISS si trova in un’orbita terrestre relativamente bassa, a circa 400 Km di altitudine; viaggiando ad una velocità di circa 27.000 Km/h, compie circa 15 orbite complete intorno alla Terra al giorno. La stazione spaziale, orbitando continuamente intorno alla terra, si comporta come un corpo in continua caduta e gli astronauti e gli oggetti al suo interno fluttuano come se fossero in un ascensore in caduta libera, in un continuo stato di apparente assenza di gravità. A bordo della ISS gli astronauti, vivendo in condizioni di microgravità, vanno incontro a perdita di massa ossea e muscolare, indebolimento del sistema immunitario e della vista; inoltre, devono proteggersi dall’esposizione a radiazioni e tempeste solari.
Il 14 agosto scorso, al Kennedy Space Center di Cape Canaveral, abbiamo assistito, da una posizione privilegiata, al lancio del razzo Falcon 9 e relativa capsula Dragon. La capsula, che si sarebbe agganciata poco dopo all’ISS grazie a Paolo Nespoli, conteneva oltre ai viveri per l’equipaggio della Stazione Spaziale, gli esperimenti della missione Vita-biomission tra cui anche i nostri, su cui avevamo attivamente lavorato nei giorni precedenti nei laboratori della NASA del Kennedy Space Center. Per studiare gli effetti dell’assenza di gravità sulla biologia del muscolo scheletrico sono state isolate cellule muscolari da biopsie di muscolo scheletrico dello stesso astronauta Paolo Nespoli (prima della sua partenza a fine luglio per la missione di cinque mesi sulla ISS) e di soggetti di controllo della stessa età.
Le cellule sono state isolate da biopsie muscolari all’università di Chieti-Pescara o a Colonia (Germania) nel caso di Nespoli in parte sono state congelate e spedite ai laboratori della NASA prima del nostro arrivo. Una volta arrivati a Cape Canaveral, abbiamo scongelato ed amplificato le cellule e le abbiamo seminate su dei vetrini che sono stati posti in appositi alloggi all’interno di particolari dispositivi, appositamente costruiti da un’importante azienda di Livorno, la Kayser Italia. Circa 48 ore prima del lancio abbiamo assemblato questi dispositivi contenenti le nostre cellule, che sono state poi portate nella navicella Dragon e spedite con il lancio SpaceX-12. Il modulo Dragon è stato agganciato da Nespoli il 16 agosto e le cellule sono state quindi trasferite nella ISS, dove hanno iniziato a risentire della microgravità. Grazie all’alta tecnologia della strumentazione utilizzata, è stato possibile, in maniera automatizzata, fare dei cambi di terreno alle nostre cellule e, trascorso il tempo necessario per le nostre ricerche, le cellule sono state bloccate in un tampone stabilizzante l’RNA, in maniera tale che non si degradasse fino al ritorno sulla Terra. Il 17 settembre il modulo è tornato a terra con i nostri esperimenti, le cellule sono state recuperate e l’RNA isolato per la successiva analisi dell’espressione genica. I dati ottenuti dalle cellule che sono state sull’ISS verranno confrontati con quelli ottenuti da analoghe cellule rimaste a terra, parte delle quali sono anche state coltivate in condizioni di microgravità simulata grazie a particolari macchine dette random positioning machine (RPM).
Siete già in possesso di alcune informazioni? In che modo quelle ottenute – o che otterrete – saranno utili?
Nonostante le cellule siano tornate sulla Terra, possiamo dire che gli esperimenti sono riusciti alla perfezione dal punto di vista tecnico, ma non abbiamo ancora dei dati. Aspettiamo di collezionare altri campioni dagli esperimenti a terra per poter procedere con le successive analisi. Le informazioni che otterremo, sia dalle cellule che sono state sulla ISS sia da quelle che staranno in microgravità simulata, ci permetteranno di valutare in vitro gli effetti dell’assenza di gravità sul differenziamento e sull’atrofia muscolare. Inoltre, dopo aver isolato le cellule muscolari dell’astronauta Paolo Nespoli prima del suo soggiorno nello spazio, effettueremo un ulteriore isolamento al suo ritorno e questo ci fornirà molti dati utili potendo confrontare le caratteristiche delle cellule muscolari prima e dopo il loro lungo soggiorno nello spazio. Questi dati saranno molto validi per capire i meccanismi molecolari che sono alla base dell’atrofia indotta dall’assenza di gravità e potranno essere traslati anche in patologie associate ad atrofia sulla Terra. In generale, ed anche nel caso specifico, la conoscenza dei meccanismi molecolari alla base delle patologie è fondamentale per individuare nuovi approcci terapeutici.
Come mai il muscolo scheletrico, in assenza di gravità, va incontro ad atrofia?
Durante i voli spaziali, la forza e la massa muscolare diminuiscono. La perdita di massa muscolare si definisce atrofia e sulla Terra può essere associata a vari fattori: cancro, malattie infiammatorie, anoressia, immobilizzazione, etc. La posizione eretta sulla Terra è mantenuta da continue contrazioni muscolari che contrastano la forza di gravità, e qualsiasi movimento o sforzo viene fatto contro gravità. Ciò permette di stimolare di continuo la muscolatura mantenendola efficiente. In assenza di gravità non c’è la necessità di sostenere il nostro peso corporeo per mantenere la stazione eretta, per questo si fluttua e muoversi richiede sforzi minimi. Questo comporta una perdita di massa muscolare del 20-30% già dopo poche settimane di permanenza nello spazio, associata a una perdita di forza muscolare. Una situazione simile si ha sulla Terra negli anziani, negli allettati, nei disabili, etc. Per contrastare la perdita di massa muscolare, gli astronauti nello spazio devono effettuare continui esercizi con l’obiettivo di mantenere attivi ed efficienti i propri muscoli. L’esercizio che riescono a compiere, però, non è assolutamente sufficiente a contrastare l’atrofia muscolare; infatti, al loro ritorno necessitano di mesi di esercizio per ripristinare la massa muscolare originaria. Per contrastare l’atrofia muscolare è necessario conoscerne i meccanismi molecolari che ne sono alla base; i dati che otterremo con il progetto Myogravity potranno essere traslati anche ad altre condizioni di atrofia tipiche della vita sulla Terra.
Siete in contatto, a tutt’oggi, con l’astronauta italiano Paolo Nespoli?
Purtroppo non siamo in contatto diretto con il nostro astronauta.
Cosa pensi dell’obiettivo della NASA, cioè di una missione umana su Marte? Sarà possibile?
La missione su Marte è un obiettivo grandioso che porterebbe grandi passi in avanti nella ricerca spaziale. Una spedizione era stata prevista dalla NASA per il 2020 ma sembra che verrà rinviata. Sicuramente il problema principale, ad oggi, riguarda la distanza (circa 225 milioni di Km in media): per raggiungere il pianeta rosso sarebbero necessari circa 6 mesi. Se consideriamo anche il ritorno, l’intero viaggio metterebbe a dura prova la salute degli astronauti. Proprio per tale motivo, in questi anni, saranno necessari numerosi studi per far fronte ai danni causati dall’assenza di gravità. Nonostante questo, credo che in un futuro non troppo lontano sarà possibile raggiungere il pianeta rosso.
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