Crédito:ESA / NASA
A magnetosfera da Terra nos protege dos raios cósmicos mais prejudiciais que bombardeiam nosso planeta, mas além deste escudo natural, os astronautas são submetidos a uma radiação cem vezes maior do que a do nível do mar.
Os riscos da radiação estão no centro das atenções dos esforços de investigação da ESA. A primeira 'escola de verão de radiação' ocorreu no ano passado para treinar alunos e estimular novas idéias para pesquisas sobre os efeitos da radiação espacial em humanos.
Jovens pesquisadores receberam uma introdução à física e biologia da radiação e tiveram que pensar em experimentos biológicos a serem executados em vários aceleradores de partículas parceiros da ESA em toda a Europa. As melhores propostas ganharam a oportunidade de acionar o acelerador e disparar partículas atômicas em seu experimento.
Irradiando células-tronco
O primeiro prêmio da escola de verão de radiação de 2019 foi para Emiliano Bolesani, um pesquisador baseado na Alemanha, que está ansioso para identificar a resposta fisiopatológica das células do coração quando expostas à radiação cósmica. Para fazer isso, Emiliano propôs o uso de células-tronco para o crescimento de estruturas de tecido cardíaco que serão colocadas na extremidade receptora do acelerador de partículas do centro GSI Helmholtz para pesquisa de íons pesados em Darmstadt, Alemanha.
A novidade dessa abordagem é o crescimento de microtisses cardíacos para imitar a composição celular do coração humano.
Impressão do artista (não em escala) idealizando como o vento solar molda as magnetosferas de Vênus (topo), Terra (meio) e Marte (parte inferior). Ao contrário de Vênus e Marte, A Terra tem um campo magnético interno que desvia as partículas carregadas do vento solar à medida que se afastam do Sol, esculpindo uma ‘bolha’ - a magnetosfera - ao redor do planeta. Em Marte e Vênus, que não geram um campo magnético interno, o principal obstáculo ao vento solar é a alta atmosfera, ou ionosfera. Assim como na Terra, a radiação ultravioleta solar separa os elétrons dos átomos e moléculas nesta região, criando uma região de gás eletricamente carregado - ionizado:a ionosfera. Em Marte e Vênus, esta camada ionizada interage diretamente com o vento solar e seu campo magnético para criar uma magnetosfera induzida, que atua para desacelerar e desviar as partículas do vento solar ao redor do planeta. Crédito:ESA
Emiliano quer descobrir que tipo de células são mais suscetíveis a danos por radiação - cardiomiócitos, células endoteliais, células musculares lisas ou fibroblastos - e identifique como eles influenciam uns aos outros. Os dados ajudarão a criar um modelo analítico para prever como as células irão interagir umas com as outras em face da radiação.
"Tenho esperança de que o sistema também possa ser usado no futuro para rastrear moléculas que possam impedir as células de danos por radiação, "diz o Emiliano, da Escola de Medicina de Hannover.
"É emocionante usar as instalações exclusivas em oferta, mas ainda mais que esta pesquisa pode ter implicações diretas na limitação de efeitos indesejáveis no sistema cardiovascular após a radioterapia. Esta estratégia pode ser estendida a outros órgãos no futuro e pode ajudar a proteger a saúde dos astronautas durante a exploração do espaço profundo. "
O acelerador de anel SIS-18 pode disparar íons em alvos, incluindo células biológicas, recriando a radiação cósmica. Analisar como os íons interagem ajudará os projetistas de missões a desenvolver novas maneiras de minimizar os riscos da radiação cósmica. Os íons são acelerados com ímãs a 90% da velocidade da luz, ou 270 000 km / s. Esta imagem mostra um elemento de diagnóstico de feixe, o que permite aos cientistas analisar a forma do feixe de íons conforme ele passa. Crédito:Gabi Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
Um novo acelerador internacional, o Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), agora em construção perto de Darmstadt, Alemanha, no existente GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research (GSI), irá fornecer feixes de partículas como os que existem no espaço e torná-los disponíveis para os cientistas para estudos que serão usados para tornar a espaçonave mais robusta e ajudar os humanos a sobreviver aos rigores dos voos espaciais. Por exemplo, os pesquisadores serão capazes de investigar como as células e o DNA humano são alterados ou danificados pela exposição à radiação cósmica e como os microchips resistem às condições extremas do espaço. O elemento central da FAIR será um novo anel acelerador com circunferência de 1100 m, capaz de acelerar prótons a velocidades próximas à da luz. Os aceleradores GSI existentes serão reaproveitados para servir como pré-aceleradores para a nova instalação FAIR. Esta imagem mostra o equipamento de alta tecnologia que gera as partículas, que são então injetados nos sistemas aceleradores GSI e FAIR. Crédito:GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH / Jan Michael Hosan 2018
A radiação cósmica pode aumentar os riscos de câncer durante missões de longa duração. Danos ao corpo humano se estendem ao cérebro, coração e sistema nervoso central e prepara o terreno para doenças degenerativas. Uma porcentagem maior de cataratas de início precoce foi relatada em astronautas. O campo magnético e a atmosfera da Terra nos protegem do bombardeio constante de raios cósmicos galácticos - partículas energéticas que viajam perto da velocidade da luz e penetram no corpo humano. Uma segunda fonte de radiação espacial vem de eventos imprevisíveis de partículas solares que entregam altas doses de radiação em um curto período de tempo, levando à "doença da radiação", a menos que medidas de proteção sejam tomadas. Crédito:ESA
Próximo ... células de astronautas
Emiliano trabalhou com uma equipe para propor uma ideia mais detalhada para coletar células de astronautas antes e depois de um vôo espacial. Tecidos e órgãos cultivados a partir das células dos astronautas podem ser colocados sob o feixe de um acelerador de partículas para ver sua reação à radiação espacial simulada.
Este estudo pode lançar luz sobre as pistas celulares e moleculares subjacentes à resposta individual à radiação espacial.
"Cada um de nós tem uma suscetibilidade diferente à radiação, "explica Emiliano, "este é um problema para a terapia de radiação, pois pode influenciar a eficiência dos tratamentos na Terra, além de ter implicações para os astronautas expostos à radiação espacial.
"A outra questão por trás desse estudo de seguimento potencial é se as células se adaptam durante o voo espacial e 'lembram' depois de voltar à Terra - as mudanças epigenéticas e fisiológicas duram mais? Em outras palavras, O voo espacial é "capturado" como uma pegada em nosso DNA? "
