I criceti in letargo potrebbero aiutare gli astronauti

I criceti in letargo potrebbero aiutare gli astronauti a sopravvivere a lunghe missioni

In una piccola stanza refrigerata e in piastre di Petri sparse per il mondo, i ricercatori stanno studiando silenziosamente perché alcuni animali siano in grado di sospendere gran parte della propria biologia per mesi e tornare integri. Il termine abbreviato per questa capacità è torpore o letargo, e questa settimana un team che lavora con criceti siriani e altri animali ibernanti ha riferito di meccanismi cellulari che preservano le cellule per la riparazione muscolare durante i lunghi periodi di freddo. I criceti in letargo potrebbero aiutare gli astronauti, affermano i ricercatori, indicando bersagli farmacologici o molecole protettive che riducano la perdita muscolare, abbassino il fabbisogno metabolico e aumentino la tolleranza agli stress come le radiazioni — tutti problemi che minacciano i viaggi di più mesi oltre l'orbita terrestre bassa.

Come i criceti in letargo potrebbero aiutare le cellule degli astronauti

L'atrofia muscolare è uno dei pericoli più immediati della microgravità prolungata e dell'immobilità. Nella normale fisiologia umana, le cellule staminali muscolari (spesso chiamate cellule satelliti) sono attive: riparano e ricostruiscono i tessuti, ma a costo di energia e vulnerabilità durante lo stress. Uno studio recente pubblicato su The FASEB Journal e riportato da Popular Science ha rilevato che nelle specie ibernanti queste cellule staminali muscolari non muoiono durante la lunga dormienza; entrano invece in uno stato reversibile a bassa attività che ne preserva la vitalità.

Questa pausa cellulare non riguarda solo l'energia. Protegge dalla cascata di danni biochimici che accompagna la carenza di ossigeno, i colpi di radiazioni o i cicli ripetuti di uso e disuso. Imparare a commutare i progenitori muscolari umani in uno stato di riposo sicuro e reversibile è un obiettivo centrale se si vorrà mai applicare il torpore sintetico agli esseri umani.

Perché i criceti in letargo potrebbero aiutare a proteggere i muscoli e i mitocondri

Prove complementari provengono da altri ibernanti. I citelli e gli orsi mostrano cambiamenti genetici e metabolici coordinati in inverno: le vie legate alla sintesi proteica e la segnalazione mTOR si comportano diversamente rispetto ai non ibernanti affamati, e alcuni ibernanti riciclano azoto e metaboliti durante la dormienza, forse con l'aiuto dei microbi intestinali. Insieme, questi meccanismi spiegano come gli animali possano mantenere i tessuti magri e la funzione degli organi nonostante mesi senza cibo o movimento — proprio i risultati che ingegneri e medici sperano di riprodurre per i lunghi viaggi o la medicina d'emergenza.

Il torpore, l'interruttore del torpore e il trasferimento delle scoperte animali all'uomo

Il torpore non è un sonno ordinario; è una riduzione controllata della temperatura corporea, della frequenza cardiaca e del tasso metabolico. I ricercatori hanno compiuto due tipi di progressi. Uno è farmacologico: l'attivazione dei recettori dell'adenosina in certi animali può innescare stati simili al torpore. Il team di Kelly Drew e altri hanno scoperto che un farmaco che mima l'adenosina induce un torpore profondo negli ibernanti stagionali, e composti correlati possono spingere i non ibernanti verso l'ipometabolismo in contesti di laboratorio se combinati con altri interventi.

Le sperimentazioni umane sono agli inizi ma informative. Alcuni team dell'University of Pittsburgh hanno abbassato in sicurezza la temperatura corporea e il tasso metabolico di volontari con sedativi come la dexmedetomidina in contesti strettamente monitorati, producendo un "sonno crepuscolare" in cui il metabolismo calava di circa il 20 percento mentre i volontari rimanevano risvegliabili. Quegli esperimenti mostrano che alcune caratteristiche dell'ipotermia clinicamente utile sono realizzabili senza ventilatori, ma rivelano anche dei limiti: si sviluppa tolleranza ai farmaci, gli effetti cardiovascolari possono essere rilevanti e la sicurezza a lungo termine non è ancora stabilita.

Benefici per le missioni e per la medicina

I potenziali vantaggi del torpore controllato sono facili da elencare e difficili da sopravvalutare. La riduzione del fabbisogno metabolico taglierebbe le necessità di cibo, acqua e ossigeno nelle lunghe missioni, riducendo la massa del carico utile e semplificando i sistemi di supporto vitale. Un metabolismo più lento potrebbe anche limitare i danni da radiazioni riducendo il tasso di divisione cellulare e di replicazione del DNA — le finestre temporali durante le quali le particelle ionizzanti causano i danni maggiori. Psicologicamente, un equipaggio parzialmente in torpore affronterebbe meno noia e attriti interpersonali nei viaggi pluriennali.

Sulla Terra, l'ipometabolismo controllato ha un valore clinico immediato. L'ipotermia terapeutica è già utilizzata per proteggere il cervello dopo un arresto cardiaco e lesioni traumatiche. I protocolli di preservazione d'emergenza oggetto di studio mirano a estendere la "golden hour" del chirurgo raffreddando e stabilizzando rapidamente i pazienti con emorragie catastrofiche, in modo che i chirurghi possano riparare le lesioni prima che si verifichi il danno da riperfusione. Se la biologia del letargo potesse essere sfruttata in sicurezza, queste tecniche potrebbero essere rese più semplici e ampiamente applicabili.

Sfide tecniche, biologiche ed etiche

Nonostante i rapidi progressi, il cammino verso il torpore umano è disseminato di rischi. Il corpo umano combatte il freddo: brividi, cali di pressione sanguigna e pericolose aritmie sono risposte comuni che negli esperimenti hanno richiesto ventilazione, supporto di fluidi e monitoraggio invasivo. Il freddo sopprime anche la coagulazione e le risposte immunitarie; gli ibernanti accettano questo compromesso ma affrontano infezioni e minacce fungine che i non ibernanti non conoscono. Trasformare un innesco del torpore localizzato nel cervello in un farmaco per via endovenosa che sia abbastanza specifico da evitare arresti cardiaci o convulsioni è una sfida chimica e di somministrazione.

Lo spazio aggiunge complicazioni: gli effetti a lungo termine del torpore sulla densità ossea, la cognizione, i microbiomi e la funzione riproduttiva sono sconosciuti. Esistono anche ostacoli etici e operativi per l'uso in emergenza — molti potenziali pazienti non possono prestare il consenso — e per le missioni con equipaggio, dove i calcoli informati del rischio a lungo termine sono complessi. Rimangono problemi ingegneristici: capsule di stasi, movimento robotico degli arti per mantenere il tono, apporto di nutrienti e protocolli di riscaldamento affidabili necessitano tutti di soluzioni mature e ridondanti prima che gli esseri umani possano essere messi abitualmente in torpore per mesi.

Prossimi passi e direzioni della ricerca

I ricercatori stanno seguendo diversi percorsi paralleli: screening molecolari per trovare metaboliti e proteine crioprotettive scoperti nei criceti e in altri ibernanti; mappatura neurale per identificare circuiti bersaglio accessibili nell'uomo; e studi umani controllati che estendano e perfezionino i protocolli di ipotermia sicura. Agenzie e istituzioni, dalle agenzie spaziali ai laboratori universitari, stanno finanziando e coordinando il lavoro, riconoscendo che i progressi potrebbero avere ricadute sia nell'ingegneria spaziale che nella medicina quotidiana.

Per gli ingegneri che progettano le missioni, il messaggio immediato è pragmatico: un torpore parziale o intermittente che dimezzi il fabbisogno metabolico per determinati periodi potrebbe essere molto più facile da ottenere e comunque estremamente vantaggioso. Per i biologi, i prossimi anni verificheranno se i trucchi protettivi osservati nei criceti siriani, nei citelli e negli orsi possano essere ridotti a molecole o percorsi che i medici possano attivare senza ricorrere alla chirurgia cerebrale. La scienza è ancora preclinica sotto molti aspetti, ma la convergenza di biologia di laboratorio, neuroscienze e medicina spaziale significa che l'idea che "i criceti in letargo potrebbero aiutare" è ora un programma di ricerca concreto piuttosto che pura fantascienza.

Fonti

• The FASEB Journal (ricerca sulla preservazione delle cellule staminali muscolari nel letargo)
• Hiroshima University (Mitsunori Miyazaki e collaboratori)
• Yale School of Medicine, Gracheva Lab (ricerca sul letargo nei citelli)
• University of Pittsburgh Applied Physiology Lab (ipotermia indotta / sperimentazioni umane)
• Oregon Health & Science University (ricerca sui neurocircuiti dell'interruttore del torpore)
• University of Alaska Fairbanks e Washington State University Bear Research Center (fisiologia del letargo)
• European Space Agency e NASA (programmi di finanziamento e consulenza sul torpore sintetico)
• University Medical Centre Groningen (UMCG) e Safar Center for Resuscitation Research (ipotermia e preservazione d'emergenza)