A Spinoff a Day – Dai topi astronauti il rimedio per l’osteoporosi

La nascita dell’idea

I topi nella ricerca medica rappresentano un ottimo supporto. Alcuni hanno volato sulla ISS. Fonte: NASA

Gli astronauti sono soggetti a numerosi test medici durante i voli nello spazio: la loro esperienza di vita in un ambiente completamente diverso da quello terrestre rende il loro apporto inestimabile per capire il funzionamento del nostro organismo in condizioni estreme. Abbiamo già visto come le 16 sequenze di albe e tramonti alle quali sono sottoposti ogni giorno creino scompiglio nei loro ritmi circadiani, e Samantha Cristoforetti nel suo diario ci ha spiegato come si combatte l’indebolimento della muscolatura e la perdita ossea causati dalla microgravità.

NASA è alla costante ricerca di metodi per controbilanciare queste condizioni “aliene” e rendere più accessibile l’esplorazione umana dello spazio a lungo termine.

Secondo Jacob Cohen, capo scienziato dell’Ames Research Center, le cause di osteoporosi e atrofia muscolare sono generalmente da ricercarsi nella quantità di carico applicato alle ossa (l’esercizio fisico regolare può aumentare la densità ossea, mentre la sedentarietà agisce negativamente) e, in ambiente spaziale, nell’assenza dell’attrazione gravitazionale sul corpo. Capire la risposta del nostro organismo all’ambiente circostante permetterà a NASA di sviluppare le contromisure più efficaci per missioni di lunga durata e utilizzarle anche per combattere il problema qui sulla Terra: “Come scienziati” afferma Cohen “vogliamo sapere quali sono i meccanismi che hanno effetto su ossa e muscolatura per poter mantenere gli astronauti in salute, così non saranno soggetti a conseguenze quando torneranno sulla Terra”.

A questo proposito si è da poco concluso anche lo studio comparativo degli effetti della microgravità sui gemelli Mark e Scott Kelly, che ha evidenziato notevoli, ma temporanee, differenze sia nell’espressione dei geni che nella metilazione del DNA causate dalla permanenza di Scott sulla ISS per quasi un anno.

Per quanto riguarda l’osteoporosi, Amgen, un’azienda di biotecnologie con sede a Thousand Oaks in California, ha lavorato per diversi anni alla ricerca di nuovi trattamenti e fra di essi spiccano i risultati di un esperimento basato sui roditori e condotto in collaborazione con NASA e con il ricercatore Louis Stodieck, professore presso l’Università del Colorado e direttore della BioServe Space Technologies.

Trasferimento tecnologico

Stodieck spiega la motivazione della scelta dei topi per lo studio medico in microgravità: “Non sempre è possibile agire direttamente sugli esseri umani per la ricerca medica, perciò un buon modello animale che possa predire quale sarà la risposta dell’organismo a determinati ambienti o a determinati farmaci è di fondamentale importanza per stimare la reazione anche del corpo umano”.

L’esperimento CBTM. Fonte: NASA

In questo caso si è scelto di portare nello spazio un gruppetto di topolini. Il Commercial Biomedical Testing Module (CBTM) consiste in una gabbietta adattata per l’ambiente spaziale nella quale sono stati alloggiati alcuni topi di 10 settimane d’età. Un gruppetto è stato trattato con molecole di un anticorpo anti-sclerostina prodotto dai ricercatori dell’Ames, mentre ad un altro gruppo è stato somministrato un placebo. Altri due gruppi di controllo sono stati poi tenuti a terra e trattati allo stesso modo.

La sclerostina è una proteina secreta dalle ossa che può inibire la formazione delle ossa stesse agendo come un freno. L’anticorpo ne limita la secrezione permettendo così di aumentare la densità e migliorare la struttura dello scheletro. “Sappiamo che la produzione di sclerostina nelle ossa è regolata dal carico meccanico, ma che cosa succede se noi non applichiamo alcuna forza allo scheletro per diverso tempo? Questo è esattamente ciò che accade in microgravità e volevamo capire se l’anticorpo avrebbe dato risultati in questo senso” afferma Stodieck.

Certo, tecnicamente sarebbe possibile riprodurre una situazione simile sulla Terra sugli esseri umani, ma bisognerebbe tenere i soggetti a letto per diversi mesi, mentre in questo modo si ha l’opportunità di avere dati reali in tempi ristretti, e su un maggior numero di esseri viventi. Inoltre, la durata della vita media dei topi è molto più corta rispetto a quella umana e anche solo un viaggio di due settimane può rivelare trend biologici per i quali in un uomo servirebbero tempi molto più dilatati. Secondo Stodieck, infine, “la microgravità è un modello unico, quello più estremo per sperimentare l’inutilizzo di muscoli e ossa. La velocità con cui si perdono densità ossea e forza muscolare è 10 volte superiore nello spazio rispetto alla Terra”.

L’esperimento CBTM è stato lanciato con lo Space Shuttle Atlantis nel Luglio del 2011. Al ritorno, due settimane più tardi, i risultati erano promettenti: è stato scoperto che i topi trattati con l’anticorpo avevano incrementato la formazione delle ossa e migliorato la struttura e la forza. Questi risultati hanno portato alla produzione di un farmaco che ha superato il processo di approvazione da parte della Food and Drug Administration.

Benefici

Evoluzione della quantità di calcio nelle ossa. Fonte: Anatomy & Physiology, Connexions, Wikipedia 

Durante le diverse fasi di test, i pazienti a cui è stato somministrato il farmaco Prolia hanno mostrato una riduzione fino al 68% delle fratture vertebrali, fino al 40% delle fratture alle anche e un aumento sensibile nella densità ossea. L’indebolimento del calcio nelle ossia avviene con maggior incidenza nelle donne in menopausa e inizialmente il medicinale era stato approvato esclusivamente per questo tipo di paziente. La sua efficacia ha però portato la FAA ad approvarlo anche per pazienti indeboliti da trattamenti per il cancro al seno o alla prostata.

Per quanto riguarda gli astronauti, future missioni verso Marte o altre destinazioni potrebbero indebolire l’organismo al punto da creare serie difficoltà al ritorno a Terra. “Il corpo potrebbe anche adattarsi alle nuove condizioni” ipotizza Cohen, “la perdita ossea e muscoli potrebbero anche stabilizzarsi al di sotto di una certa soglia, non lo sappiamo ancora”, ma certamente adottare contromisure preventive è la scelta migliore. A questo proposito si sta pensando alla possibilità di produrre farmaci direttamente in orbita, è la parte “medica” di una visione più grande che prevede la creazione autonoma di strumenti per una vita sostenibile nello spazio.

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Sito di Amgen [ENG]

Tour virtuale a 360° nei laboratori di produzione di Amgen [con audio – ENG]

Sito della BioServe Space Technologies [ENG]

Sito del farmaco Prolia [ENG]