Cosa significa curarsi in microgravità?

I farmaci che usiamo abitualmente funzionano anche nello spazio? Cosa possiamo imparare dagli astronauti per combattere le infezioni e il cancro? L’assenza (o quasi) di gravità può fare una differenza enorme in ambito medico.

La vita sulla Terra si è evoluta, nell’arco di miliardi di anni, in condizioni di gravità sostanzialmente costante. A eccezione dello sparuto numero di astronauti, la maggior parte dei membri della nostra specie non ha alcuna esperienza di permanenza in ambienti a gravità ridotta. La medicina e la farmacologia si sono sviluppate con l’ipotesi implicita che le persone vivano e restino sulla superficie terrestre. Ma è forse tempo di allargare i nostri orizzonti anche in questo senso.

Alcuni ricercatori stanno cercando di capire se, e quanto, i medicinali di dimostrata efficacia qui sulla Terra possano funzionare bene anche altrove, per esempio sulla Stazione spaziale internazionale e potenzialmente sulla Luna, su Marte o fino a dove l’umanità riuscirà a spingersi in futuro. Inoltre intendono condurre esperimenti in condizioni di microgravità utili a trovare soluzioni scientifiche e tecnologiche da “mettere a Terra” (letteralmente) per ottenere farmaci di nuova generazione o più efficaci contro patogeni, disturbi di varia natura e anche i tumori.

In alcuni casi sono gli astronauti stessi che, con la loro permanenza in orbita, diventano i protagonisti dei test e degli esperimenti. Altre volte invece viene allestito sulla Terra un laboratorio micro-gravitazionale, in cui condurre esperimenti in cellule in coltura con cui comprendere meglio quali meccanismi biologici governino gli esseri viventi a gravità zero.

Quando i medicinali da banco funzionano poco

Nausea e mal di testa sono una costante per gli astronauti impegnati nelle missioni spaziali. La gravità ridotta, infatti, porta non solo a un calo del tono muscolare, ma altera la circolazione dei fluidi corporei, causando fastidi che vanno dal viso gonfio alle difficoltà a urinare, dalle congestioni alla cefalea, dalle alterazioni della vista a quelle dell’equilibrio. Senza scordare un certo innalzamento della temperatura corporea, la cosiddetta febbre da spazio. Sulla Terra molti di questi disturbi potrebbero essere alleviati con farmaci di uso comune, ma i dati raccolti mostrano che l’efficacia di questi prodotti in orbita è decisamente inferiore.

Anche se in occasione delle prime missioni spaziali non sono state condotte rilevazioni sistematiche, e quindi ancora oggi i dati sono solo parziali, si stima che in media un astronauta durante una missione di qualche mese arrivi ad assumere circa 400 dosi di medicinali. Questo numero molto alto è giustificato non solo da problemi e sintomi più frequenti nello spazio, ma anche dalla minore efficacia in quelle condizioni dei principi attivi stessi. Studi come il Dose Tracker Experiment della Nasa, condotto sugli astronauti durante la permanenza sulla Stazione spaziale internazionale dal 2017, hanno mostrato che i dosaggi che è necessario assumere per eliminare i sintomi sono significativamente più alti di quelli standard. Per le missioni di lungo periodo si dovrà insomma tenere conto di rifornire i viaggiatori nello spazio con abbondanti scorte di medicinali.

Sul perché i farmaci da banco come antinausea, analgesici, decongestionanti e sedativi perdano efficacia in condizioni di microgravità, ancora non c’è una risposta conclusiva. Un’ipotesi è che le condizioni estreme del trasporto possano incidere sulla stabilità dei prodotti, che forse si degradano più in fretta che sulla Terra, magari anche a causa del confezionamento. I farmaci vengono infatti tolti dalle confezioni originali e reimpacchettati prima del lancio, in modo da occupare meno spazio. Ancora, le radiazioni cosmiche non schermate dall’atmosfera terrestre potrebbero far deteriorare più rapidamente i medicinali. L’ipotesi più plausibile di tutte, però, è che sia il corpo umano a rispondere in modo diverso ai principi attivi, proprio in ragione dell’alterata gravità, che modifica diversi processi fisiologici e in generale il metabolismo, la circolazione, l’azione degli enzimi, i recettori e i processi digestivi.

Batteri e difese immunitarie

Altro campo di ricerca ancora agli albori riguarda i patogeni e la nostra capacità di difenderci da infezioni batteriche. Le poche conclusioni a cui la comunità scientifica è giunta non sono affatto buone: l’assenza di gravità, per cominciare, parrebbe ridurre la capacità delle nostre difese immunitarie di rispondere ai patogeni, e provocherebbe anche alterazioni del microbiota, flora batterica intestinale inclusa.

Per contro, invece, i batteri potrebbero uscirne potenziati. Esperimenti condotti già dalla fine del secolo scorso su Escherichia coli e su Staphylococcus aureus hanno dimostrato un aumento della resistenza a moltissimi antibiotici. Questo effetto potrebbe essere dovuto o alla comparsa di meccanismi di difesa imputabili alle condizioni anomale in cui i batteri si trovano, oppure a un tasso di mutazioni più elevato, indotto dalla già citata radiazione cosmica non schermata. Qualunque sia la causa, sarà importante tenerne conto nel momento in cui si dovessero creare colonie di popolazioni umane extraterrestri.

Nel frattempo si stanno cercando soluzioni. La start-up SpacePharma e le agenzie spaziali italiana (Asi) e israeliana (Isa) a settembre 2020 hanno lanciato un satellite (chiamato Dido-3) con a bordo un piccolo laboratorio adatto alla microgravità, operabile da Terra. Tra gli obiettivi del progetto, e in particolare dell’esperimento Argtm: capire i meccanismi alla base dello sviluppo della resistenza agli antibiotici e soprattutto individuare nuove e più efficaci opzioni farmacologiche, da utilizzare nello spazio e non.

Frontiere di ricerca

Lo sviluppo di nuovi farmaci grazie alle conoscenze acquisite nello spazio è un filone di ricerca promettente e produttivo dal punto di vista sia scientifico sia economico. Anche per individuare medicinali efficaci contro Covid-19 ci sono attività di ricerca spaziale in corso, che hanno portato, per esempio, a individuare due farmaci potenzialmente in grado di bloccare l’infezione da Sars-Cov-2 negli esperimenti con cellule in coltura.

Una delle tecniche più innovative utilizzate in questo tipo di esperimenti è la cosiddetta Ppi-Fit (acronimo di “Pharmacological Protein Inactivation by Folding Intermediate Targeting”). Si tratta di un approccio che permette di studiare le interazioni con le proteine non quando queste hanno già assunto la loro forma tridimensionale, ma durante il processo di folding, o ripiegamento, della catena di amminoacidi che le compone. Cosa c’entra lo spazio? La gravità ridotta, rallentando i processi di ripiegamento, permette di individuare più facilmente le conformazioni intermedie che la proteina assume. Inoltre le strutture che si formano tendono a essere più ordinate, simili a cristalli perfetti. L’idea è dunque di studiare queste dinamiche nello spazio, per poi sfruttare le conoscenze acquisite per la sintesi e la produzione di nuovi farmaci.

Di natura completamente diversa, sia come modalità sia come finalità di ricerca, è un altro filone che punta a produrre i farmaci nello spazio, con applicazioni interessanti soprattutto in campo oncologico. Sulla Terra, i liquidi tendono a stratificarsi per effetto della gravità, mentre nello spazio le sostanze si distribuiscono in modo sferico. Questo fenomeno è stato sfruttato, per esempio, per realizzare delle microcapsule che contengono liquidi immiscibili, come acqua e sostanze oleose. Un metodo per riuscirci è quello chiamato “Microincapsulation Electrostatic Processing System” (Meps), che può essere utilizzato per produrre una maionese microscopicamente perfetta o, in ambito medico, per mettere a punto trattamenti iniettabili antitumorali a rilascio graduale, altamente specifici e con effetti dilazionati nel tempo. Una volta studiato nello spazio, il metodo è stato riprodotto nei laboratori standard, e nel corso degli anni Dieci di questo secolo ha portato a oltre una decina di brevetti.

Studiare l’evoluzione dei tumori in assenza di gravità potrebbe permettere inoltre di valutare tecniche alternative per inibire la crescita delle cellule tumorali e per i trattamenti farmacologici. In condizioni di gravità zero, infatti, diventa più semplice chiarire cosa accada su scala cellulare e sub-cellulare. I primi esperimenti condotti dalla Nasa risalgono addirittura al 1995, e oggi gli studi sono svolti contemporaneamente sia in orbita sia in laboratori terrestri in cui artificialmente si riproducono le condizioni di microgravità. Senza cedere ai facili entusiasmi, i risultati parziali sono così promettenti che la strategia di aggredire un tumore portandolo a gravità zero non appare affatto esclusa, perché l’assenza di peso parrebbe neutralizzare oltre l’80 per cento delle cellule dei tumori alle ovaie, alla mammella, al naso e al polmone.

Occorre però sottolineare i limiti delle ricerche condotte nello spazio, dove difficilmente gli esperimenti possono essere ripetuti e dove la potenza statistica degli studi è limitata ai pochi campioni o partecipanti. Per queste ragioni i risultati sono indicativi e non necessariamente attendibili.