Cosa succede al sistema immunitario nello spazio?

Il 22 aprile 2013 alla conferenza di Biologia sperimentale di Boston, un team di ricercatori dell’esercito degli Stati Uniti ha presentato i risultati di quasi due anni di studio su come il sistema immunitario umano reagisce allo stress e alle aggressioni in assenza di gravità. I campioni biologici esaminati nella ricerca erano infatti quelli inviati nello spazio all’interno della navetta Atlantis, atterrata a Cape Canaveral nell’estate del 2011.

La navetta Atlantis nel suo passaggio davanti al Sole Crediti: NASA

Lo studio ha avuto l’obiettivo di osservare – in condizione di assenza di gravità – la cascata di eventi molecolari che si verifica nelle cellule endoteliali umane in risposta all’esposizione all’endotossina lipopolisaccaride (LPS), presente nella membrana esterna dei batteri Gram-negativi e coinvolta nell’indebolimento del processo di guarigione delle ferite. 

Quando non trattata, l’infezione da batteri Gram-negativi può causare shock settico o sepsi. “Ogni anno, la sepsi grave colpisce circa 750 mila americani, con un tasso di mortalità del 28-50% (molto maggiore del numero complessivo di morti per tumore alla prostata, al seno e AIDS in USA). I casi di sepsi sono in aumento negli Stati Uniti e ogni anno vengono spesi circa 17 miliardi di dollari per curarla. L’endotossemia indotta da LPS è la forma più comune di infezione da ustione ed è la principale causa di morte post-chirurgica.

“L’indebolimento del sistema immunitario dovuto alla permanenza nello spazio è qualcosa su cui è necessario indagare in modo approfondito. Gli astronauti sottoposti a microgravità hanno mostrato un significativo indebolimento immunitario e gli esami condotti sui campioni cellulari hanno evidenziato un aumento della virulenza batterica e un peggioramento del processo di guarigione delle ferite” ha affermato Marti Jett, direttore del Programma di biologia sistematica integrata presso l’Army Medical Command degli Stati Uniti. Gli esperimenti sono stati progettati, supervisionati e replicati in remoto sulla Terra in condizioni di gravità normali dal team dell’esercito guidato da Rasha Hammamieh, vice direttore del Programma, presso il Centro di US Army for Environmental Health Research di Fort Detrick nel Maryland.

“La nostra ricerca ha osservato marcatori diagnostici, terapeutici e prognostici di infezione da LPS nelle cellule sane e nelle cellule immunocompromesse dalla microgravità” osserva Jett. “A causa della gravità ridotta e del rafforzamento dell’attività batterica, è possibile che la risposta dell’ospite in condizione di microgravità possa adattarsi sfruttando nuovi meccanismi di guarigione, o che gli assalti batterici possano trovare percorsi non convenzionali per provocare danni. Comprendere questi paradigmi in condizione di microgravità significa potenzialmente far luce sulla terapia per l’LPS sul nostro pianeta”.

“Prima di essere contaminate con le LPS, le colture cellulari in assenza di gravità già da sei giorni hanno mostrato risposte tipiche di disfunzione immunitaria. Quando poi abbiamo aggiunto anche l’LPS la loro reazione non è stata quella normale. Le cellule erano così occupate a gestire la loro situazione gravitazionale che a malapena sono riuscite a ingaggiare una battaglia contro i batteri. La scarsa risposta delle cellule ci ha improvvisamente ricordato qualcosa in cui ci eravamo imbattuti in passato”, ha spiegato Jett.

Jett si riferisce allo studio pubblicato sulla rivista Genes & Immunology nel 2012 sulla Army Rangers, una forza speciale di fanteria leggera impiegata per operazioni speciali dall’Esercito statunitense. Gli scienziati avevano raccolto campioni di sangue dai soldati all’inizio, a metà e alla fine del loro programma di addestramento e avevano successivamente esposto i campioni agli agenti patogeni per verificare se le difficili condizioni del campo avessero avuto effetti sulla risposta immunitaria.
“Il risultato fu che il sistema immunitario dei soldati non aveva risposto normalmente e che era stato sottoposto a un forte stress. Nello studio sul comportamento delle cellule nello spazio abbiamo visto qualcosa di molto simile: le cellule, probabilmente impegnate prioritariamente nella risposta alla situazione di microgravità, esposte a LPS avevano reagito in modo inefficace, non paragonabile a quello che invece si osservava nell’esperimento condotto contestualmente sulla Terra”.

La ridotta gravità, inoltre, risultava alterare l’angiogenesi e la vasculogenesi e promuovere i geni coinvolti nell’artrite reumatoide, la crescita tumorale e la riparazione delle ferite. Ciò potrebbe suggerire un elevato rischio di degenerazione neurologica e di altri problemi come risultato della microgravità. Jett ha inoltre osservato che i risultati del volo spaziale e dello studio sui Rangers hanno attirato l’interesse di quanti studiano la risposta immunitaria nelle persone esposte ad altre condizioni di stress elevato, come i dirigenti e gli amministratori delegati di Wall Street.