sviluppo di farmaci, produzione e oltre

Nel 2018, circa un anno prima che l’Organizzazione Mondiale della Sanità dichiarasse il Covid-19 un’emergenza sanitaria globale, una conferenza a Edimburgo ha immaginato un tipo molto diverso di crisi medica: durante una missione di tre anni su Marte, crescono i casi di una visione sconosciuta problema tra le 40 persone che vivono temporaneamente sul pianeta. Man mano che sempre più persone iniziano a sperimentare una visione sfocata, alcune non possono più svolgere i loro compiti di missione e molti iniziano a farsi prendere dal panico. La conferenza, intitolata Clinical Trials for Interplanetary Missions, ha riunito sperimentatori, clinici e psicologi per fare un brainstorming su come la ricerca clinica potrebbe funzionare in questa missione nello spazio profondo.

Sebbene questo scenario possa sembrare fantascienza inverosimile, gli esperti affermano che gli esseri umani probabilmente metteranno piede su Marte entro i prossimi due decenni. Nel frattempo, gli analisti prevedono che oltre 1 trilione di dollari dell’economia globale si sposterà nello spazio entro il 2040, alimentato in parte dal previsto decollo del volo spaziale commerciale. Eppure la nostra comprensione di come il corpo umano risponde alla medicina nello spazio è ancora estremamente limitata.

Mentre gli ingegneri costruiscono la tecnologia per trasportare più esseri umani nello spazio e infine su Marte, gli scienziati devono sviluppare gli strumenti farmaceutici e la comprensione medica per supportare queste missioni in parallelo, afferma Li Shean Toh, PhD, farmacista dell’Università di Nottingham che ricerca medicina nello spazio . Per farlo, aggiunge, sarà necessaria un’intensa collaborazione da parte di scienziati, società spaziali commerciali e agenzie spaziali di tutto il pianeta. “Molte persone dicono che questo livello di cooperazione è impossibile”, dice. “Ma la gente diceva anche che lo sbarco sulla luna era impossibile”.

Dosaggio di farmaci nello spazio

Durante la nostra evoluzione, gli esseri umani sono stati modellati dalla gravità e dall’atmosfera terrestre, spiega il dott. Thais Russomano, professore di fisiologia spaziale e CEO del think tank InnovaSpace. “Una volta che gli esseri umani entrano nello spazio, ogni singola cellula e ogni singolo processo cellulare cambia”, dice. “Questo potrebbe davvero alterare il modo in cui elaboriamo i medicinali”.

Gli astronauti eseguono continuamente esperimenti a bordo della ISS, rendendola un candidato ideale per la ricerca farmacologica nello spazio. Crediti: NASA

Quando gli esseri umani sperimentano la microgravità nello spazio, i loro fluidi corporei si ridistribuiscono alle parti superiori dell’anatomia, spiega il dott. Emmanuel Urquieta, professore presso l’Istituto di ricerca traslazionale per la salute spaziale del Baylor College of Medicine. Il sistema cardiovascolare compensa quindi aumentando i livelli di globuli rossi, che a sua volta limita la produzione di liquidi e aumenta la minzione. La microgravità causa anche la sindrome di adattamento allo spazio, un tipo di nauseante cinetosi, che può alterare in modo significativo il sistema gastrointestinale, aggiunge.

Poiché il flusso sanguigno e il tasso di digestione alterano il modo in cui il corpo elabora i farmaci, le dosi normali sulla Terra non si traducono necessariamente nelle dosi richieste nello spazio, osserva il dott. Christoph Seubert, un anestesista dell’Università della Florida che ha lavorato alla ricerca finanziata dalla NASA. Finora, non ci sono state gravi emergenze mediche nello spazio. Ma la maggior parte degli astronauti si trova nello spazio solo per brevi periodi di tempo e assume farmaci da banco a basso rischio, dove è improbabile che sovradosaggi involontari causino problemi seri. Tuttavia, per gli astronauti con gravi emergenze mediche in una missione nello spazio profondo, o per i non astronauti con condizioni di salute di base sui voli spaziali commerciali, il dosaggio esatto diventa fondamentale, afferma Seubert.

In viaggio oltre la luna

Quando gli esseri umani viaggiano nello spazio profondo, definito come ovunque oltre il lato oscuro della luna, i cambiamenti biologici saranno probabilmente ancora maggiori. La preoccupazione più importante è l’esposizione a lungo termine alle radiazioni cosmiche del sole, che potrebbero danneggiare la funzione cellulare e causare il cancro, spiega Urquieta.

Il campo magnetico terrestre blocca la maggior parte delle radiazioni cosmiche e anche la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ha una certa protezione dalle radiazioni a causa della sua vicinanza alla Terra. Ma in una missione su Marte al di fuori dell’orbita terrestre bassa, non c’è quasi nessuna protezione contro le particelle radioattive. “Le radiazioni spaziali tossiche sono molto difficili da schermare perché viaggiano praticamente alla velocità della luce”, afferma Urquieta.

La magnetosfera terrestre blocca la maggior parte delle radiazioni cosmiche provenienti dal sole, ma l’esposizione a lungo termine nelle missioni nello spazio profondo potrebbe essere altamente tossica. Crediti: Shutterstock/Naeblys

L’ambiente isolante dei viaggi spaziali a lungo termine potrebbe anche causare un grave stress psicologico, alterando ulteriormente il modo in cui la medicina influisce sul corpo, aggiunge Urquieta. Schemi di luce irregolari e cinetosi possono interrompere i ritmi circadiani degli astronauti, portando a una scarsa qualità del sonno che aggrava gli effetti sulla salute mentale del confinamento. Ulteriori ricerche su come i farmaci terrestri per le condizioni di salute mentale, come antidepressivi e ausili per il sonno, influiscono sul corpo nello spazio è una preparazione cruciale per una missione nello spazio profondo, dice. “In una missione di 900 giorni su Marte, ci saranno quattro astronauti che vivranno su un veicolo relativamente piccolo”, osserva. “Le implicazioni sulla salute comportamentale sono molto importanti da capire”.

A peggiorare le cose, la comunicazione tra la Terra e un veicolo spaziale diretto a Marte potrebbe richiedere fino a 40 minuti, eliminando la possibilità di conversazioni in tempo reale, afferma Urquieta. Ci saranno anche fino a due settimane in cui la comunicazione con la Terra sarà impossibile, mentre il sole si troverà direttamente tra l’orbita terrestre e la navicella spaziale. In molti casi, osserva, l’intelligenza artificiale dovrà sostituire i medici umani.

Progettazione di prove extraterrestri

Come passo importante per capire come funzionano i farmaci nello spazio, gli esseri umani dovrebbero condurre studi farmacocinetici classici nell’orbita terrestre bassa, spiega Virginia Wotring, PhD, farmacologa spaziale al Baylor College of Medicine che ha lavorato con la NASA e l’Agenzia spaziale europea ( ESA). Gli astronauti assumono già farmaci comuni a bordo della ISS, rendendo il laboratorio galleggiante un punto di partenza ideale per la ricerca farmaceutica, dice.

Gli astronauti eseguono continuamente esperimenti a bordo della ISS, rendendola un candidato ideale per la ricerca farmacologica nello spazio. Crediti: NASA

Tuttavia, anche i test di base dell’attività dei farmaci richiedono adattamenti significativi per lo spazio, osserva Toh. Il prelievo di sangue per via endovenosa, il biomarcatore preferito dell’attività dei farmaci sulla Terra, è molto più rischioso e più invasivo nell’ambiente spaziale. Di conseguenza, gli studi passati sugli astronauti si sono basati su campioni di saliva, che dipingono un’immagine molto più debole dell’attività di un farmaco rispetto a un campione di sangue. La ricerca in corso su alternative di monitoraggio di biomarcatori più sensibili e meno invasive, come i test basati sulle impronte digitali, potrebbe aprire la strada a studi farmacologici più efficaci, afferma.

Per condurre studi clinici ancora più complessi nello spazio, gli sperimentatori dovranno pensare al di fuori dei limiti dei progetti tradizionali. Fortunatamente, dice Seubert, abbiamo già una certa esperienza sulla Terra: “Svolgiamo sperimentazioni di farmaci per malattie rare e ambienti terrestri estremi, quindi le metodologie per lo spazio sono già disponibili”.

Un’opzione è una sperimentazione clinica personalizzata, che i medici già utilizzano per le malattie ultra rare, spiega Seubert. In un disegno di prova N=1, un singolo paziente assume un farmaco, utilizzando misure di esito prespecificate e biomarcatori per determinare la sicurezza e l’efficacia di un farmaco. Un’altra opzione è una sperimentazione di fase 0, che prevede il micro-dosaggio di un farmaco in un breve periodo di tempo, spiega il dott. Tal Burt, un consulente per lo sviluppo di farmaci. Solo una settimana di microdosaggio può migliorare la comprensione di come il corpo elabora un farmaco nello spazio, senza i rischi per la sicurezza e la lunghezza di un tradizionale studio su vasta scala, spiega.

Produzione di farmaci per lo spazio profondo

Una volta che gli scienziati scopriranno come funzionano i farmaci nello spazio, probabilmente dovranno capire come produrli in una piccola navicella spaziale. Sulla Terra, molti prodotti farmaceutici scadono entro un anno e sei mesi. Una missione su Marte, tuttavia, potrebbe richiedere il doppio del tempo e la navicella spaziale non avrà la capacità di immagazzinare farmaci di emergenza per diversi anni, afferma Urquieta.

Per risolvere questo problema, gli scienziati stanno esplorando modi per sintetizzare artificialmente composti farmaceutici, attraverso piante o batteri geneticamente modificati. Alla UC Davis, i ricercatori hanno già modificato geneticamente la lattuga per sintetizzare un farmaco che protegge dalla perdita di densità ossea. Ciò si basa su ricerche precedenti in cui gli astronauti hanno raccolto e mangiato con successo la lattuga romana rossa a bordo della ISS. Alla fine, dice Urquieta, gli astronauti potrebbero viaggiare nello spazio con una banca genetica, iniettando geni specifici nei semi di lattuga quando hanno bisogno di coltivare sinteticamente un nuovo farmaco.

Nel frattempo, altri ricercatori stanno esplorando nuovi farmaci specificamente adattati alle sfide uniche che gli esseri umani devono affrontare nello spazio profondo. Gli scienziati hanno già sequenziato il genoma dei tardigradi, microanimali in grado di resistere a radiazioni ionizzanti centinaia di volte superiori alla dose letale per l’uomo, per scoprire come gli esseri umani potrebbero costruire una maggiore resistenza alle radiazioni. In un esperimento, i ricercatori hanno scoperto che i geni tardigradi legati allo stress possono essere trasferiti a colture cellulari umane, ponendo le basi per potenziali applicazioni sia nel volo spaziale che nel cancro. In un altro esperimento particolarmente scioccante, l’ESA ha inviato 3.000 tardigradi nel vuoto dello spazio per 12 giorni al di fuori di un veicolo spaziale e oltre due terzi sono sopravvissuti.

Gli scienziati stanno studiando i tardigradi, che possono resistere a radiazioni ionizzanti estreme, per scoprire come gli esseri umani potrebbero costruire una maggiore resistenza alle radiazioni cosmiche. Crediti: Shutterstock/3Dshock

Una nuova corsa allo spazio?

Dopo che la rivalità della Guerra Fredda tra Stati Uniti e URSS ha alimentato l’inizio dell’esplorazione spaziale negli anni ’60, è seguita una nuova era di cooperazione spaziale internazionale. L’ISS, una collaborazione tra Stati Uniti, Europa, Russia e Canada, è stata una porta girevole per scienziati internazionali sin dal suo lancio nel 1998.

Il futuro dell’esplorazione spaziale, tuttavia, potrebbe frammentarsi ancora una volta, poiché gli analisti si aspettano che le vecchie rivalità geopolitiche riacquisteranno terreno. Mentre la ISS soccombe lentamente all’usura dello spazio, la NASA prevede di dismettere il simbolo della cooperazione internazionale entro il 2031. Nel frattempo, diverse società private, tra cui SpaceX di Elon Musk e Blue Origin di Jeff Bezos, stanno iniziando a sostituire le agenzie governative come le più attori dominanti nello spazio, aggiungendo un nuovo livello di complessità agli sforzi di collaborazione globale.

SpaceX, una delle numerose società private che entrano nel mercato dello spazio commerciale, si è assicurata contratti multimiliardari dalla NASA per la costruzione di veicoli spaziali riutilizzabili. Credito: Shutterstock/Sundry Photography.

Mentre gli scienziati lavorano per costruire gli strumenti farmaceutici per il futuro dei viaggi nello spazio, la condivisione dei dati e la privacy dei pazienti stanno diventando preoccupazioni fondamentali, afferma Toh. Ogni paese principale ha le proprie regole che regolano la privacy dei pazienti, molte delle quali richiedono l’anonimizzazione dei dati a livello di paziente in modo che non possano essere ricondotti a una singola persona. Dato il numero limitato di persone nello spazio, diventa molto difficile proteggere la privacy condividendo in modo trasparente i dati per far progredire la conoscenza, afferma.

“Dobbiamo costruire un vero consenso globale e un protocollo globale per la gestione dei dati medici nello spazio”, afferma Toh. “In questo momento, i dati sono ancora molto segreti perché c’è così tanta pressione sul settore per avere successo”.

Tornando sulla Terra

Ogni volta che gli esseri umani investono nella ricerca spaziale, sulla Terra tendono a seguire nuove tecnologie inaspettate. La chirurgia LASIK, gli arti artificiali, gli impianti cocleari e i termometri auricolari a infrarossi, tra le altre innovazioni sanitarie, hanno tutti origine nella ricerca finanziata dalla NASA. Lo stesso potrebbe valere per lo sviluppo di farmaci e le industrie manifatturiere, poiché la prossima era della ricerca nella medicina aerospaziale richiederà sicuramente scoperte impreviste.

Alla conferenza Clinical Trials for Interplanetary Missions a Edimburgo, i partecipanti si sono subito resi conto che i modelli top-down per la progettazione di studi clinici sulla Terra non erano fattibili per una crisi su Marte, spiega Mona Nasser, PhD, che ha organizzato l’evento. Invece di rigidi protocolli di sperimentazione di aziende esterne, hanno immaginato progetti di studio adattivi in ​​cui i pazienti avevano il potere di prendere importanti decisioni sanitarie sui candidati al trattamento che ricevevano. Molte di queste stesse strategie, i partecipanti, potrebbero anche migliorare gli studi clinici a casa.

“Ci siamo subito resi conto che dobbiamo cambiare il modo in cui svolgiamo le cure mediche per mettere i pazienti al primo posto”, afferma Nasser. “Se vogliamo un futuro migliore nel settore sanitario, dobbiamo essere più inclusivi, sia sulla Terra che su Marte”.

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