El espacio puede ser un lugar peligroso para humanos frágiles. Aquellos dispuestos a aventurarse en la órbita de la Tierra deben negociar riesgos para la salud, como temperaturas extremas, cuartos estrechos, largos períodos de aislamiento y los efectos fisiológicos debilitantes de la vida sin gravedad. Las cosas se pondrán aún más difíciles para los astronautas que esperan viajar a un asteroide o Marte.
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Una de las mayores amenazas de los viajes al espacio profundo es la exposición prolongada a la radiación cósmica implacable, que puede dañar el ADN y aumentar las posibilidades de que un viajero espacial desarrolle enfermedades como el cáncer en su vida. Ahora, la investigación en ratones sugiere que las primeras personas en intentar una misión a Marte tendrán un problema más inmediato: daño cerebral. Los rayos cósmicos que bombardean el cerebro pueden provocar alteraciones cognitivas y de la memoria que se manifestarán en unos pocos meses.
La radiación cósmica galáctica está hecha de partículas de alta energía que se originan a partir de explosiones de supernovas pasadas que vienen a través de nuestro sistema solar. La NASA ha patrocinado numerosos estudios que investigan los efectos a corto y largo plazo de la radiación espacial en cada sistema del cuerpo, revelando que estos rayos pueden tener un efecto devastador en el tejido biológico durante toda la vida.
Estudios anteriores sugirieron que la exposición a la radiación también podría causar un deterioro cognitivo, incluido un inicio más temprano de la demencia tipo Alzheimer. Ahora Charles Limoli, profesor de oncología de radiación en la Escuela de Medicina Irvine de la Universidad de California, y su equipo han demostrado que incluso dosis relativamente bajas de rayos cósmicos inducirán una serie específica de anomalías neuronales que podrían manifestarse durante una misión de ida y vuelta. a Marte, que se prevé que dure de dos a tres años.
"Este es el primer estudio, en mi opinión, que realmente une muchos cabos sueltos y proporciona un mecanismo para lo que está causando la disfunción cognitiva", dice Limoli, cuyo equipo informa los resultados hoy en Science Advances .
Para estudiar los efectos "entumecedores de la mente" de la radiación, los investigadores examinaron varios grupos de ratones de seis meses, la edad promedio aproximada de los astronautas en años de ratones. El equipo lanzó a los ratones con dosis bajas o altas de partículas energéticas cargadas similares a las que se encuentran en la radiación cósmica galáctica. Estas partículas desplazan a los electrones en el tejido vivo que luego desencadenan reacciones de radicales libres, que causan cambios en las células y tejidos del cuerpo. Aunque las reacciones de los radicales libres ocurren dentro de milisegundos, las anormalidades celulares que causan toman forma durante meses o incluso años, por lo que los investigadores esperaron seis semanas antes de probar los ratones irradiados para permitir que se desarrollara el daño celular.
Los resultados mostraron que los ratones irradiados se vieron significativamente afectados en su capacidad para explorar nuevos objetos colocados en su entorno, una tarea que se basa en un sistema saludable de aprendizaje y memoria. “Los animales que fueron expuestos perdieron la curiosidad. Perdieron su tendencia a explorar la novedad ”, dice Limoli.
Específicamente, el equipo descubrió cambios estructurales inducidos por la radiación en la corteza prefrontal medial, una región del cerebro responsable de los procesos de orden superior que se sabe que participan durante las tareas de memoria. Las neuronas en estas áreas deterioradas mostraron una reducción en la complejidad y densidad de las estructuras llamadas dendritas, que actúan como antenas para los mensajes celulares entrantes y son esenciales para el intercambio eficiente de información en todo el cerebro. El equipo de investigación también descubrió alteraciones en PSD-95, una proteína que es importante para la neurotransmisión y también está asociada con el aprendizaje y la memoria.
Los cambios celulares en las dendritas estaban directamente relacionados con el rendimiento cognitivo: los ratones con las mayores alteraciones estructurales tuvieron los resultados de peor desempeño. Y aunque estas deficiencias tomaron tiempo en manifestarse, parecen ser permanentes.
Limoli señala que, si bien el trabajo se realizó en ratones, el daño observado en su estudio se parece mucho a los defectos observados en cerebros humanos que padecen afecciones neurodegenerativas como la demencia. "Debido a que este tipo de cambios también se han encontrado en una variedad de condiciones neurodegenerativas y ocurren durante el transcurso del envejecimiento, proporciona un telón de fondo lógico para lo que la radiación hace al cerebro de los roedores y los humanos", dice Limoli.
Es probable que nadie haya visto este tipo de defectos en los astronautas de hoy porque las personas que trabajan en la Estación Espacial Internacional están "protegidas por la magnetosfera de la Tierra, que desvía cualquier cosa que tenga una carga", dice Limoli. Y aunque los astronautas que viajaron a la luna no estaban protegidos por el abrazo magnético de la Tierra, sus viajes relativamente cortos tendrían niveles de exposición limitados a una fracción de los que se experimentarían en una misión a Marte.
Si bien los resultados de este experimento fueron sorprendentes, otros expertos enfatizan que todavía hay una falta de datos suficientes para sacar conclusiones definitivas sobre los efectos de la radiación de las personas. "Mucha de la información que tenemos ha sido extrapolada de estudios de eventos catastróficos en la Segunda Guerra Mundial", dice Nathan Schwadron, profesor asociado de física de plasma espacial en la Universidad de New Hampshire. "Simplemente no tenemos mucho conocimiento sobre lo que les sucede a los sistemas biológicos cuando se exponen a altos niveles de radiación durante períodos prolongados. Creo que hay un riesgo potencial aquí, pero realmente todavía no lo entendemos ”.
¿Así que, qué debe hacerse? La NASA está investigando actualmente tecnologías de blindaje más avanzadas que podrían proteger mejor a los astronautas en misiones a largo plazo en el espacio profundo. Los ingenieros también podrían alterar las capacidades de protección dentro de ciertas regiones de la nave, como donde duermen los astronautas, o adaptar a las personas con cascos especializados para caminatas espaciales, dice Limoli.
Schwadron, cuya investigación se centra principalmente en el desarrollo de blindaje avanzado, dice que la energía de la radiación cósmica galáctica es tan alta que interactúa con los materiales de blindaje de maneras potencialmente problemáticas. “Lo que sucede es que la radiación de alta energía golpea el escudo y luego produce un baño de partículas secundarias. Los neutrones son probablemente el principal ejemplo de esto ”. Estas partículas de alta energía pueden entonces interactuar con el cuerpo, induciendo reacciones de radicales libres y daño tisular posterior.
En el futuro, Limoli y su equipo planean diseñar experimentos que simulen con mayor precisión la exposición humana a los rayos cósmicos galácticos e investigar mecanismos alternativos subyacentes y tipos de células que podrían contribuir a la proliferación de los déficits cognitivos. También está investigando intervenciones farmacológicas que podrían proteger el tejido cerebral de esta radiación.
"Tenemos algunos compuestos prometedores que probablemente ayudarán bastante", dice Limoli. "Esto no es un factor decisivo, es algo que debemos entender y tener en cuenta para que no nos pille desprevenidos".
