La centrifuga dell’ESTEC in aiuto della ricerca farmacologica

Durante l’ultima settimana di settembre, un team di studentesse universitarie portoghesi ha completato la propria ricerca a vari livelli di ipergravità con la Large Diameter Centrifuge (LDC) dell’ESA, situata presso il centro ESTEC di Noordwijk in Olanda, nell’ambito del programma dell’ESA Spin Your Thesis!

Con un diametro di 8 m, la LDC offre degli ambienti in ipergravità che coprono la fascia da 1 fino a 20 g, generati dalle forze centripete dovute alla rotazione. Pertanto, all’interno della LDC gli scienziati possono svolgere studi su cellule, piante e anche su piccoli animali, oltre a poter eseguire dimostrazioni tecnologiche e di fisica. Viene considerata ipergravità, quella condizione in cui la gravità è superiore a quella terrestre di 1 g.

La microgravità per la scienza

Fin dagli albori del volo spaziale, gli scienziati e gli ingegneri hanno potuto sfruttare le condizioni di microgravità presenti all’interno e all’esterno dei vari veicoli spaziali, abitati e non, che nel corso dei decenni hanno orbitato il nostro pianeta. Oggi, la Stazione Spaziale Internazionale è a tutti gli effetti il più grande e longevo laboratorio scientifico e tecnologico in microgravità mai realizzato dall’uomo. Nel corso dei suoi 20 anni di volo in cui è stata continuativamente abitata da astronauti e cosmonauti, all’interno dei suoi laboratori e anche al suo esterno, si sono svolti e si stanno tutt’ora svolgendo centinaia e centinaia di esperimenti scientifici e tecnologici che altrimenti non si sarebbero mai potuti realizzare sulla Terra, a gravità piena. Tutte queste ricerche nel medio e lungo termine saranno di beneficio per tutta l’umanità.

Una delle ricerche che da più tempo si svolge sulla Stazione riguarda la crescita di cristalli proteici in microgravità. Diversamente da quelli ottenuti sulla Terra, i cristalli di proteine realizzati in orbita sono più puri e grandi e ciò permette uno studio più accurato e preciso su determinate proteine, le quali possono anche essere utilizzate per la realizzazione di nuovi farmaci più efficaci.

Uno degli effetti principali sull’organismo umano della lunga esposizione alla microgravità è una complessa serie di risposte fisiologiche che portano, fra le altre cose, alla perdita di densità ossea (osteoporosi), all’atrofia muscolare e all’abbassamento della vista, spesso in maniera permanente. Le ricerche svolte in questo campo saranno di aiuto sulla Terra per esempio, per i malati di osteoporosi e per i percorsi di riabilitazione dei pazienti lungodegenti.

L’ipergravità per la scienza

Tuttavia, in maniera parallela, la scienza è interessata anche allo studio degli effetti dell’ipergravità sui processi biologici animali e vegetali e l’ampia gamma di livelli di gravità al di sopra di 1 g di cui dispone la centrifuga dell’ESTEC che offre ai ricercatori uno strumento di indagine di importanza capitale. Infatti la LDC è in grado di mantenere differenti livelli di g per estesi periodi di tempo (fino a sei mesi, benché gli studenti delle campagne Spin Your Thesis! la usino solamente per 2 giorni e mezzo) con un costante flusso di energia, gas o liquidi.

Il team portoghese è stato impegnato nella fase di sviluppo del proprio esperimento fin dalla sua selezione, avvenuta nell’ottobre 2019. Durante questo periodo, esso non solo ha imparato come preparare la propria ricerca scientifica in un altro luogo, ma tutti i membri del team sono stati anche molto attivi nella gestione del progetto, anche dal punto di vista finanziario, logistico, di coordinamento e di assistenza. A tutto questo si è poi aggiunta la pandemia da COVID-19, la quale ha inevitabilmente influenzato tutti gli aspetti del progetto. Ciò ha reso la campagna SYT! straordinariamente ricca in termini di obiettivi di apprendimento per le studentesse.

Composto da quattro dottorande portoghesi del gruppo I3S (Instituto de Investigação e Inovação em Saúde da Universidade do Porto) dell’Università di Porto, specializzate in nanomedicina e consegna traslazionale di farmaci, il team Artemis, così denominatosi, ha svolto ricerche sul ruolo dello stress causato dagli incrementi della gravità sulla permeabilità di una linea cellulare intestinale, utilizzando degli speciali dispositivi di supporto permeabili per colture cellulari. Tali dispositivi hanno permesso la coltura di cellule e lo svolgimento di test sulla permeabilità in diverse modalità. Per esempio si è studiato il rapporto fra la resistenza elettrica e la capacità delle varie sostanze di attraversare il monostrato cellulare.

La somministrazione sistemica di biofarmaci assunti oralmente, rimane tutt’oggi una vera sfida a causa delle rapide degradazioni enzimatiche che avvengono nello stomaco e nell’intestino e del minimo assorbimento dovuto al tratto gastrointestinale. Le formulazioni nanoparticellari e l’incapsulamento dei farmaci sono soluzioni che vengono ampiamente studiate come strategie per il trattamento efficace di diverse malattie, al fine di superare gli ostacoli biologici e di migliorare l’assorbimento fisiologico dei biofarmaci.

Il team di ricercatrici ritiene che studiare il modello cellulare usato per testare l’assorbimento dei biofarmaci sotto stress ambientale, come le diverse condizioni di sforzo di taglio e l’incremento della pressione idrostatica, possa fornire risultati più accurati sulla permeabilità dell’epitelio intestinale.

C’è ancora molto lavoro analitico da svolgere presso i laboratori dell’Università e il team è rimasto entusiasta dell’esperienza avuta. «Siamo state in grado di entrare in contatto con professionisti specializzati nel campo della gravità, i quali ci hanno permesso di acquisire conoscenza e di migliorare le nostre capacità pratiche. Questa è stata un’esperienza unica, sia a livello personale che a livello professionale che non verrà mai dimenticata. Raccomandiamo a tutti di fare questa fantastica esperienza!» hanno dichiarato le dottorande portoghesi.

L’agenzia spaziale europea, non solo offre oramai da decenni alla scienza la possibilità di effettuare ricerche sfruttando l’ambiente in microgravità presente in orbita, ma grazie alla Large Diameter Centrifuge dell’ESTEC, consente ai ricercatori di poter sfruttare anche l’ipergravità per svolgere il proprio importante lavoro di ricerca.

Dal punto di vista istituzionale, il personale addetto alla LDC e quello legato all’ESA Academy, è davvero lieto di lavorare con gli studenti. «Ogni anno, il programma Spin Your Thesis! ci porta dei nuovi studenti molto motivati di poter fare scienza di alta qualità con la nostra centrifuga» ha affermato Nigel Savage, coordinatore del programma per gli esperimenti degli studenti universitari. «Il loro sconfinato entusiasmo è contagioso e noi facciamo di tutto per aiutarli a raggiungere i loro obiettivi. Siamo fiduciosi che il loro primo incontro “professionale” sia stato positivo e che saranno in futuro intenzionate a proseguire la loro carriera nella ricerca correlata alla gravità».

La prima parte della campagna SYT! 2020 è stata così completata con successo, ma la seconda parte sarà ancora più intrigante visto che coinvolgerà il team TOFU, composto da studenti italiani.

Questo team, che comprende un Dottore di Ricerca e tre studenti ancora una volta provenienti dalla Scuola Universitaria Superiore Sant’Anna di Pisa, studierà gli effetti dell’ipergravità su un modello neurodegenerativo in vitro, per uno studio legato al morbo di Alzheimer.

Fonte: ESA