Terapie “extraterrestri”, anche l’Italia sperimenta tra stelle e pianeti

Cresce l’interesse per il life science proiettato nello spazio. Durante la missione “Vita” sulla Stazione spaziale internazionale, su duecento progetti di ricerca scientifica undici erano italiani e si sono concentrati nel campo delle scienze della vita, in particolare su ipotrofia muscolare, osteoporosi e patologie dell’occhio. Dal numero 160 del magazine

anche l'Italia sperimenta tra stelle e pianeti

Il naso all’insù l’uomo l’ha sempre tenuto. Osservare il cielo, capire “il movimento” degli astri, scrutare il volere divino. Come nell’antichità anche oggi l’interesse degli studiosi è rivolto verso il moto dei corpi celesti. Ma l’obiettivo, presto o tardi, è quello di cambiare prospettiva. Portare lo sguardo dall’alto verso il basso, ossia guardare la Terra dallo spazio, magari durante missioni interplanetarie. Non c’è niente di fantascientifico in tutto questo, anzi. Le agenzie spaziali di mezzo mondo stanno avviando progetti embrione per allungare la permanenza degli astronauti nello spazio e chissà, magari per “colonizzare” nuovi pianeti. Ma per fare questo servono tecnologie di nuova generazione. Tecniche per salvaguardare l’uomo nello spazio e tutelarne la salute !sica e mentale.

Le tecnologie duali

Nello scorso numero del magazine si è affrontato il tema delle tecnologie duali applicate sia in ambito militare che medicale. E lo spazio non fa eccezione. Sperimentazioni cliniche, strumentazioni diagnostiche, nuove terapie per le più svariate patologie sono alcuni dei progetti che la Nasa, l’Agenzia spaziale italiana o l’Agenzia spaziale europea (per citarne alcune), stanno conducendo a bordo della Stazione spaziale internazionale. Infatti lo spazio regala condizioni ideali per condurre trial clinici che sulla Terra non sarebbero possibili, nell’ottica non solo di curare le disabilità fisiche degli astronauti (lo si vedrà più avanti) dovute alla permanenza in microgravità, ma anche di trovare cure per le malattie di chi rimane sul pianeta blu.

“L’obiettivo è la presenza dell’uomo nello spazio per periodi sempre più lunghi. Abbiamo equipaggi che rimangono in media sei mesi sull’Iss dove andiamo a testare nuove tecnologie. L’Iss è un laboratorio che ci permette di fare tutta una serie di analisi in condizioni diverse da quelle presenti sulla Terra”. A parlare è Sara Piccirillo, biologa dell’Unità volo umano e microgravità dell’Agenzia spaziale italiana che ad AboutPharma illustra i prossimi step della conquista spaziale. “Vorremmo poi allontanarci dall’orbita terrestre e magari esplorare Marte in futuro. Ma per fare questo dobbiamo conoscere le modificazioni del corpo umano nell’ambiente spaziale. I fattori ambientali sono importanti e ci stiamo concentrando soprattutto sulla microgravità e sull’effetto delle radiazioni”, continua Piccirillo.

Un esempio che l’esperta porta è quello della diagnostica a distanza che attiene alle missioni tutt’ora in corso. Oggi la diagnosi di un astronauta avviene comunque sulla terra. Il materiale biologico è raccolto nello spazio e poi analizzato una volta riportato a Terra. L’idea è di portare la diagnosi in situ, direttamente sulla stazione spaziale e avere quindi dati in tempo reale e, in caso di necessità, intervenire tempestivamente da remoto. Immaginiamo una missione su Marte. Sarebbe impensabile attendere il ritorno degli astronauti per poter analizzare dati biometrici. Servono supporti immediati.

Dallo spazio alla Terra, il passo è breve

Torniamo al discorso “duale” di queste tecnologie. Perché non servono solo agli astronauti. Se è vero che l’applicazione è pensata soprattutto per la loro salute, ciò che viene sperimentato in cielo ha ricadute anche in terra. Roberto Ragazzoni, dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) spiega che alcuni metodi utilizzati nella preparazione dei telescopi per l’osservazione dei pianeti potrebbero essere utilizzati anche per la ricerca clinica. La tecnica con cui si analizza la distorsione della luce per studiare pianeti e stelle e quindi calibrare meglio le lenti di un telescopio, può essere applicata agli studi di oftalmologia nella preparazione di speciali lenti correttive. Si pensi al trapianto di cataratta e al trapianto di una lente artificiale. Oppure nell’analisi dei vasi sanguigni. Infatti al loro interno i globuli rossi si comportano come piccole lenti e rifrangono la luce proprio come avviene con i corpi celesti e questo permette di analizzarne le condizioni.

Le tecnologie spaziali tornano però utili anche nella produzione di speciali lenti da microscopio per studiare la struttura dei composti all’interno di soluzioni liquide. “Queste nuove tecnologie possono essere applicate anche alla microscopia confocale per analizzare una traccia biologica”, continua l’esperto dell’Inaf. “Chi lavora con i microscopi ha gli stessi problemi dei telescopi”, spiega ancora Ragazzoni che trova il punto di contatto tra materie apparentemente distanti. “Serve interdisciplinarietà per sviluppare nuove soluzioni”.

Gli ambiti di ricerca: la missione Vita

Le ricerche in ambito medico-spaziale si concentrano prevalentemente (ma non soltanto) sul trovare soluzioni all’ipotrofia e atrofia muscolare, patologie dell’occhio, osteoporosi e, più, in generale a malattie legate alle ossa. In questo contesto anche l’Italia dice la sua. L’astronauta Paolo Nespoli ha partecipato attivamente alla missione Vita (Vitality, innovation, technology, ability) a bordo della Stazione spaziale internazionale, prendendo parte a undici esperimenti made in Italy sui duecento totali. Di questi undici, sei erano incentrati sullo studio delle scienze biologiche.

I muscoli

Vivere nello spazio significa non avere la possibilità di muoversi liberamente come sulla Terra. Le condizioni di microgravità (e non di assenza di gravità) costringono all’immobilità degli arti inferiori che possono subire danneggiamenti ai muscoli. Per trovare soluzioni contro l’ipotrofia è stato attivato il programma “Nanoros” dell’Istituto italiano di tecnologia. “Ci siamo concentrati sull’analisi di tutto il transcrittoma delle cellule muscolari differenziate che abbiamo coltivato in orbita, trattate oppure no con un potente antiossidante artificiale, le nanoparticelle di ossido di cerio. È noto infatti come l’ambiente spaziale induca una pesante situazione di stress ossidativo, con una sovrapproduzione dei cosiddetti radicali liberi, specie ossidanti molto reattive che possono danneggiare la macromolecole della vita come Dna e proteine”. A parlare è Gianni Ciofani, coordinatore del progetto.

“Stiamo completando in queste settimane le analisi, che hanno richiesto un notevole lavoro di bioinformatica”, continua il professore associato del Politecnico di Torino. Che illustra i prossimi passi. “Al momento stiamo lavorando alla preparazione di un nuovo esperimento a bordo della Iss, che partirà il prossimo febbraio. Continueremo le analisi iniziate con Nanoros su un altro modello di cellule muscolari, questa volta in proliferazione. Il progetto è sostenuto dall’Esa, che ci ha selezionato per poter usufruire degli spazi a bordo della Iss, e si sta svolgendo anche grazie ad un finanziamento ricevuto dalla fondazione Cariplo, volto a sostenere le attività preparatorie a terra”.

Un progetto che si muove in questa direzione è “Mygravity” dell’Università Gabriele D’Annunzio di Chieti-Pescara. Il lavoro si è concentrato prevalentemente sui meccanismi molecolari alla base dell’atrofia muscolare. Per far questo si è operato sull’analisi delle cosiddette cellule satellite, ossia cellule staminali adulte quiescenti che, una volta risvegliate, riparano e le fibre muscolari danneggiate.

Le ossa

Ma anche l’osso si “consuma”. Il metabolismo osseo subisce l’inattività e la massa tende quindi a ridursi. Tra gli undici progetti italiani c’è Serism, dell’Università Campus biomedico di Roma che si è concentrato sul ruolo dei lipidi bioattivi prodotti dai neuroni nelle alterazioni del metabolismo osseo. L’obiettivo è stato quello di cercare marcatori terapeutici dei processi degenerativi e trovare nuove terapie attraverso le cellule staminali (totipotenti) presenti nel sangue.

“La missione spaziale è compiuta, ma ci sono ancora valutazioni da fare a terra”, spiega Mauro Maccarrone principal investigator del progetto Serism. “L’assenza di stress meccanico fa ridurre la capacità delle nostre cellule nel produrre tessuto osseo. Nelle condizioni di microgravità, un problema serio è capire come ridurre, contenere o correggere questo fenomeno”, continua Maccarrone che non lesina dettagli sullo sviluppo in orbita del progetto.

“Siamo partiti dalle cellule del mio sangue che è stato prima trattato in laboratorio sulla Terra per alcuni giorni per estrarne delle staminali. Una volta terminata la fase, il campione è stato inserito all’interno di un vettore spaziale, lo Space X, e mandato sulla Stazione spaziale internazionale. Il lavoro sulle cellule avviene in ambienti protetti e in condizioni di microgravità”, spiega ancora Maccarrone. “Infine, una volta compiuto il lavoro, il campione è chiuso in un locale frigorifero e rispedito a Terra insieme agli astronauti per studi ulteriori”.

Automedicazione, autoprevenzione ed educazione: oltre la medicina personalizzata

Maccarrone seduce con una suggestione. Se il progetto dovesse dare i risultati sperati non è escluso che un astronauta possa “educare” il proprio sangue e utilizzarlo per autotrasfusioni per curare patologie in orbita. “Parliamo di automedicazione e autoprevenzione. In questo modo ci sarebbe un utilizzo minore dei farmaci? Forse sì. Poter usare il proprio sangue è un passo in avanti rispetto alla medicina personalizzata. Io non prendo un medicinale, ma il mio sangue che è ideale per le mie esigenze. Può essere un presidio aggiuntivo ai farmaci riducendone quindi le dosi”.

La postura

Le condizioni di gravità contano. Una volta tornati sulla terra gli astronauti faticano a tenersi in posizione eretta. Per questo motivo il progetto dell’Ircss San Raffaele Pisana di Roma chiamato “Orthostatic tolerance” ha prospettato una serie di sedute di allenamento in orbita per evitare il decadimento fisico.

Gli occhi

L’atmosfera del pianeta su cui viviamo scherma in parte le radiazioni solari. Ma in orbita questa difesa viene meno e gli occhi degli astronauti sono sottoposti a un fortissimo stress. Di contrastare i danni alle cellule della retina dell’occhio s’è occupato il progetto Corm, dell’Università di Firenze. “I precedenti risultati ottenuti ci hanno spinto a presentare all’Asi il progetto Corm relativo allo studio del ruolo protettivo del coenzima Q10 verso i danni che le cellule retiche subiscono quando si trovano a bordo della Stazione spaziale internazionale. Il progetto – spiega il coordinatore Matteo Lulli – è stato quindi finanziato dall’Asi, e ha previsto l’invio di un esperimento sulla Iss lo scorso agosto, grazie ad accordi collaborativi tra l’Asi stessa con l’Agenzia spaziale europea (Esa) e la Nasa”.

L’allestimento dell’esperimento è avvenuto al Kennedy space center in Florida. “Il trasporto a bordo della Iss è avvenuto con un razzo Space-X e le cellule retiniche erano ospitate all’interno di peculiari bioreattori i quali hanno consentito di miniaturizzare l’esperimento e di automatizzare le procedure sperimentali a bordo della Iss. Al momento le analisi dei campioni sono ancora in corso”. Da considerare che in questo progetto ha avuto un ruolo rilevante anche l’azienda italiana Visufarma che ha permesso di brevettare e produrre un collirio contenente coenzima Q10.

Le diagnosi

Il fatto di dover attendere il ritorno dell’astronauta sulla Terra allunga i tempi di studio di campioni biologici. La diagnosi in loco è certamente uno degli obiettivi di molti progetti di ricerca aerospaziali, in particolare dell’Università di Bologna con il suo “In-Sito”. L’obiettivo è realizzare un dispositivo medico in grado di rintracciare specifici biomarcatori presenti nella saliva degli astronauti. Un esempio su tutti è il cortisolo, per rilevare i livelli di stress dell’ospite della stazione spaziale. In questo modo dalla Terra è possibile intervenire in caso di necessità e supportare il “paziente” in tempo reale.

Cosa fa l’astronauta?

Ma precisamente possiamo definire un operatore nella stazione spaziale un clinico? Quanto effettivamente sono preparati gli astronauti nell’esecuzione dei trial clinici? Alla domanda risponde ancora Maccarrone. “Gli astronauti hanno occasione di incontrare gli esperti prima della missione, ma la cosa importante è la messa a punto dell’esperimento, che non è banale. Bisogna renderlo facile da eseguire, con il minor numero possibile di interventi da parte dell’uomo”. L’astronauta, quindi, è un mero esecutore in fondo. Non sempre ha una conoscenza approfondita del trial che sta portando avanti. Il lavoro in microgravità è robotizzato e l’operatore non deve fare altro che premere dei pulsanti alla bisogna.

Torniamo al progetto Nanoros. Ciofani spiega nel dettaglio come ha lavorato Nespoli. “Il lavoro a bordo della Iss è stato molto semplice per l’astronauta. Ha dovuto solamente trasferire i contenitori dove erano coltivate le nostre cellule in un incubatore che si trova a bordo della Iss. A quel punto tutto si è svolto grazie a un sistema automatico pre-programmato a terra. Al termine del periodo sperimentale Nespoli ha trasferito i biorettori in un congelatore in attesa del rientro a terra, avvenuto a settembre 2017”.

La salute mentale

C’è un altro aspetto che merita di essere affrontato. La salute mentale di chi viaggia nello spazio. L’isolamento può essere cattivo consigliere, per questo molti esperimenti si concentrano sulla valutazione della tenuta psicologica degli astronauti. “Non ci sono progetti attualmente finanziati dall’Agenzia spaziale italiana – ammette Piccirillo – tuttavia l’interesse della comunità scientifica è molto forte. Non ci si può esimere dal valutare questo aspetto, soprattutto in vista dell’allungamento delle missioni”.

Le simulazioni sulla Terra

Piccirillo sottolinea, inoltre, che test di questo tipo vengono fatti in preparazione delle spedizioni spaziali. Ci sono luoghi sulla Terra predisposti per questo genere di esperimenti. La stazione Concordia in Antartide, per esempio, o nella missione marziana simulata di recente nel deserto dell’Oman, dove si ricreano le condizioni di isolamento che gli astronauti ritroveranno in orbita. Comunicazioni in differita, nessun contatto umano. “Per evitare gli effetti negativi dell’isolamento in questi progetti sono prese in considerazione anche attività ricreative, come il giardinaggio in orbita, per esempio”, spiega ancora Piccirillo.

I finanziamenti

I costi sono elevati. Per quanto nelle missioni spaziali gli esperimenti clinici riguardino una voce di spesa in proporzione minoritaria, i fondi servono sempre. L’11 giugno 2018 è scaduto un bando di ricerca per progetti congiunti tra Italia e Israele. Il bando è stato attivato nell’ambito dell’Accordo di cooperazione industriale, scientifica e tecnologica tra i due paesi in cui saranno coinvolti ministeri e le due rispettive agenzie spaziali. Saranno finanziati quattro esperimenti per studiare processi chimici, fisici, biochimici e biologici in microgravità.

Allettante, poi, la prospettiva di creare dei piccoli “laboratori extraterrestri” all’interno di satelliti artificiali” per condurre nuove ricerche a partire dal 2019. “Dai farmaci alle fibre ottiche sono molti i prodotti che potrebbero avere una marcia in più se fabbricati nello spazio. Per questo puntiamo, come agenzia spaziale allo “space manufacturing” entro i primi anni venti”, ha detto Roberto Battiston presidente dell’Asi al convegno “Mars to Earth 2018” del maggio 2018.

Laboratori spaziali

Nella costruzione di satelliti artificiali ideati come laboratori sta lavorando anche la startup elvetico-israeliana SpacePharma in collaborazione con l’Agenzia spaziale indiana. A febbraio 2018, invece, si è chiuso un bando dell’Asi in biomedicina e sistemi biodegenerativi, mentre a settembre 2017 ne è scaduto uno attinente all’astrobiologia. “Quando si finanziano progetti spaziali, la prima richiesta è che siano utili in orbita. Ma le applicazioni a Terra sono un valore aggiunto”, conclude Maccarrone. Ragazzoni specifica che l’obiettivo degli enti attivi nelle missioni spaziali è quello di esplorare oltre i confini del nostro sistema planetario. Tuttavia ben vengano scoperte utili in altri campi. Per questo serve un “respiro paneuropeo” per portare avanti la ricerca. I finanziamenti sono prevalentemente pubblici, tuttavia anche i privati mostrano segni di interessamento, nonostante “siano più difficili da reperire”, spiega Ragazzoni.

L’interesse delle aziende

Se i finanziatori privati nicchiano, ci sono alcune aziende pharma che stanno lavorando per il proprio tornaconto. Merck, Eli Lilly e Novartis hanno attivato vari progetti di studio in orbita, sfruttando le tecnologie a bordo della Iss in collaborazione con la Nasa. Tra settembre 2015 e aprile 2016, Merck ha portato avanti diversi test in microgravità sulla cristallizzazione degli anticorpi monoclonali. Con questa tecnica, molto difficile da realizzare, si semplificherebbe, quindi, l’analisi della struttura dei composti da parte dei ricercatori. Eli Lilly, invece, sta attualmente lavorando sulla liofilizzazione in microgravità. La missione ha avuto inizio ad aprile 2017 e si concluderà ad agosto 2018. Scopo del progetto è migliorare la conservazione di cibi e farmaci. L’altra missione, stavolta di Novartis, che si concluderà ad agosto (iniziata a settembre 2017) si focalizza invece sui muscoli.

La ricerca ruota intorno a due gruppi di topi trattati in modo tale che la tonicità muscolare non venga meno in condizioni di microgravità. Il primo gruppo di roditori ha lasciato l’Iss dopo circa un mese, per tornare sulla Terra, il secondo dopo 60 giorni. Al termine del progetto si passerà ad analisi comparative dei campioni. Ma al di là della farmaceutica, c’è un’azienda che sta collaborando a stretto contatto con le agenzie spaziali. Si chiama Kayser Italia, società livornese, specializzata in apparecchiature aerospaziali. Per esempio Kayser ha supportato e fornito i bioreattori all’interno di quali sono state coltivate le cellule di alcuni progetti della missione Vita.

Non solo Europa e Usa

Ma ci sono anche i giapponesi in questo nuovo agone spaziale. La startup nipponica Peptidream sta lavorando con l’Agenzia spaziale giapponese (Jaxa) per “analizzare la struttura delle proteine”, ha detto al Nikkei asian review Keiichi Masuya, vice presidente esecutivo di Peptidream. La Jaxa ha aperto i propri laboratori sulla stazione spaziale internazionale alle aziende private nel 2013; tra queste Chugai pharmaceuticals e Taiho pharmaceuticals.

La Nasa

Ma quando si parla di spazio non si può non parlare della National aeronautics and space administration. Dall’allunaggio del ‘69 alle più recenti scoperte sull’origine dell’universo, Houston si è spesa molto nella ricerca medica. Si pensi al progetto “bed rest” sviluppato per studiare le conseguenze dell’assenza di movimento sulla muscolatura. Un progetto per certi versi curioso o bizzarro come lo ha definito Maseena Ziegler su Forbes nel 2013. Diciottomila dollari per un volontario che avesse desiderio di passare a letto 70 giorni.

Immobilità assoluta delle gambe, ma con la possibilità di lavorare (da remoto), usare il telefono e ogni altro strumento per rimanere in contatto con il mondo esterno. Un’opportunità che qualche “pigrone” avrà pensato di cogliere per starsene comodo tutto il giorno. Ma una così lunga (e paziente) permanenza sotto le coperte comporta grossi problemi motori e di riduzione della muscolatura. Che poi è proprio l’obiettivo dello studio quello di analizzare l’ipotrofia degli arti inferiori, proprio come avviene in orbita.

E se la Nasa aiutasse a produrre farmaci?

Una suggestione, un’idea, una boutade in perfetto stile americano? No, o almeno nelle intenzioni di chi vede nell’agenzia aerospaziale un possibile partner per le aziende pharma. Gli economisti Dean Baker del Center for economic and research e Amitabh Chandra della Harvard Kennedy school propongono che la Nasa venga coinvolta non solo come supporto nello sviluppo di trial clinici, bensì anche per la produzione stessa di medicinali. Aziende come Eli Lilly e Pfizer già stipulano contratti di collaborazione in ricerca clinica, ma si vorrebbe fare di più.

Chandra dice che varrebbe la pena usare lo stesso sistema contrattuale che Lockeed Martin, Northrop Grumman o Boeing usano per la produzione di veicoli aerei. In questo modo, con la collaborazione statale nella filiera produttiva, si potrebbero abbassare i prezzi, lasciando comunque alle aziende la paternità del brevetto. Secondo Baker bisogna avvicinarsi al modello dell’industria della difesa. Il Dipartimento di riferimento spende, secondo l’economista, 300 miliardi di dollari l’anno per contratti con aziende private che ottengono grandi profitti dai progetti realizzati.

Il modello della Difesa

Ma James Love del Knowledge ecology international precisa che questo, seppur in parte, già accade. L’avvocato precisa che già il National institute of health, l’autorità per lo sviluppo e la ricerca biomedicale avanzata e il National cancer institute già finanziano processi di sviluppo di nuovi farmaci. Dall’Hiv, agli antitumorali, ai farmaci per la salute mentale passando per i vaccini. In sostanza, a suo dire, il sistema Pentagono-Nasa rafforzerebbe un metodo che esiste già.

Ma c’è anche l’ipotesi che altri enti governativi, tra cui proprio la Nasa, inizino a erodere il monopolio di Big Pharma, magari facilitando l’ingresso sul mercato di nuovi generici e abbassare il prezzo dei medicinali. Non un problema da poco negli Usa quello dei listini. La presidenza di Donald Trump sembra voglia spingere parecchio per abbassare i prezzi dei farmaci. Secondo “The Donald”, la lobby del pharma e la difficoltà nella distribuzione sarebbero le cause primarie per l’innalzamento dei prezzi e proprio su questo tema la Casa Bianca vuole intervenire pesantemente. Difatti una delle proposte di Trump in questo senso è chiedere alle aziende farmaceutiche di inserire i prezzi dei prodotti nelle pubblicità dirette ai consumatori negli spot televisivi. In Europa questo succede già.