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La difficile situazione degli astronauti della NASA Sunita Williams e Barry Wilmore bloccati sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) e le preoccupazioni per la loro salute hanno portato alla ribalta i viaggi nello spazio. Gli astronauti avevano programmato solo una missione di otto giorni sulla ISS, ma hanno trascorso cinque mesi sulla stazione a causa di un malfunzionamento del loro Boeing Starliner. Si prevede che torneranno a casa a bordo della capsula SpaceX nel febbraio del prossimo anno. Con l’India destinata ad avere una propria stazione spaziale entro il 2035, le misure per rafforzare il programma spaziale indiano sono una necessità fondamentale. Ritardi imprevisti nelle missioni di rimpatrio e nelle missioni a lungo termine suscitano preoccupazioneS sulla salute e il benessere degli astronauti. Ciò apre la strada alla ricerca e allo sviluppo di tecnologie che possano assistere gli esploratori spaziali durante i loro soggiorni. Il nuovo accordo tra l’Organizzazione indiana per la ricerca spaziale (ISRO) e il Dipartimento di biotecnologie (DBT) rappresenta un’opportunità ideale per uno sviluppo commerciale innovativo nel settore delle scienze della vita.
Perché è necessaria la ricerca innovativa?
I viaggi spaziali umani sono nel mezzo di una rivoluzione. Le agenzie spaziali nazionali e le società spaziali commerciali, tra cui SpaceX e Blue Origin, stanno avanzando rapidamente in questo settore. La maggior parte dell’esplorazione spaziale è stata missioni a breve distanza o di breve durata, ma l’esplorazione spaziale a lunga durata e distante sarà probabilmente tentata nel prossimo futuro. Allo stesso tempo, è probabile che la ISS, gestita congiuntamente da Stati Uniti, Canada, Russia e Giappone, venga disattivata entro l’inizio degli anni ’30. La Cina ha già una propria stazione spaziale (la Stazione Spaziale Tiangong) e altri paesi, inclusa l’India, sono in procinto di rendere operative le proprie stazioni. Di conseguenza, l’ISRO prevede di espandere i suoi programmi di esplorazione spaziale e intende includere soggiorni prolungati nello spazio da parte degli esseri umani.
La maggior parte dell’esplorazione spaziale è stata missioni a breve distanza o di breve durata, ma l’esplorazione spaziale a lunga durata e distante sarà probabilmente tentata nel prossimo futuro.
Gli ultimi resoconti degli astronauti della NASA Sunita Williams e Barry Wilmore che soffrono di perdita di peso e di massa muscolare hanno attirato l’attenzione sulle notevoli sfide per la salute che il volo spaziale umano presenta e sulla necessità di soluzioni uniche per gestire la salute spaziale. La perdita di peso corporeo, la riduzione della massa muscolare, la diminuzione della densità ossea, l’esposizione alle radiazioni, la vulnerabilità alle infezioni, i calcoli renali, la ridotta acuità visiva e lo stress accompagnato da soggiorni prolungati non pianificati sono alcuni dei principali ostacoli affrontati dagli esploratori spaziali. Altre sfide includono le risposte corporee alla nuova gravità nel veicolo spaziale e nella stazione spaziale, l’accesso limitato a forniture e cure mediche specializzate e cambiamenti comportamentali in risposta all’isolamento e al confinamento. Questi cambiamenti fisiologici sono stati descritti dagli esperti sanitari del Lunar and Planetary Institute degli Stati Uniti come “stress naturale” dell’esplorazione della ISS. Esiste, tuttavia, una lacuna di conoscenze nella comprensione dell’impatto a lungo termine dello spazio sulla salute umana. È inoltre necessario sviluppare metodi innovativi per affrontare il problema della salute generale degli esploratori spaziali e, di conseguenza, garantire la produttività delle missioni spaziali. Ciò rappresenta uno stimolo per migliorare la nostra comprensione degli effetti dello spazio sulla salute umana e per sviluppare tecnologie in grado di mitigare le sfide poste dai viaggi spaziali.
Cosa possono fare le biotecnologie?
Alla luce dei programmi di espansione spaziale dell’India, inclusa la prossima stazione spaziale indiana, la Bharatiya Antariksha Station (BAS), che sarà costruita tra il 2028 e il 2035, è essenziale un approccio multidisciplinare per affrontare gli ostacoli affrontati dagli astronauti. L’Organizzazione indiana per la ricerca spaziale (ISRO) e il Dipartimento di biotecnologia (DBT) hanno recentemente firmato un memorandum d’intesa (MoU) che segna l’integrazione formale della scienza spaziale con la biotecnologia, inaugurando una nuova era di ricerca trasformativa. L’accordo appena firmato tra ISRO e DBT prevede la progettazione e la conduzione di esperimenti che esamineranno la dinamica dell’assenza di gravità sull’atrofia muscolare e sulla salute cardiovascolare, l’impatto delle radiazioni sulla salute a lungo termine, l’effetto del microbiota alterato sull’immunità intestinale e la efficacia e stabilità dei farmaci utilizzati nello spazio. Inoltre, esperimenti biologici Piace Sono in programma anche la determinazione della natura delle alghe che possono essere utilizzate come integratori nutrizionali per i viaggi spaziali, la progettazione di metodi innovativi per la conservazione degli alimenti, l’utilizzo delle alghe per la produzione di carburante per aerei e lo sviluppo di metodi per migliorare il riciclaggio dei rifiuti. Gli esperimenti su questi temi saranno probabilmente condotti in tre missioni di prova senza equipaggio, che dovrebbero svolgersi prima della missione indiana di Gaganyaan.
L’accordo appena firmato tra ISRO e DBT prevede la progettazione e la conduzione di esperimenti che esamineranno la dinamica dell’assenza di gravità sull’atrofia muscolare e sulla salute cardiovascolare, l’impatto delle radiazioni sulla salute a lungo termine, l’effetto del microbiota alterato sull’immunità intestinale e la efficacia e stabilità dei farmaci utilizzati nello spazio.
Oltre a migliorare il benessere dei viaggiatori spaziali, la ricerca sulla biotecnologia spaziale è stata storicamente utilizzata per comprendere la fisiopatologia degli stati patologici e ha contribuito allo sviluppo di terapie. Studi di collaborazione tra la Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) e l’Agenzia spaziale italiana (ASI) sono stati utilizzati per studiare la progressione della malattia di Alzheimer (AD) dopo che alcuni studi avevano dimostrato che la formazione di fibrille amiloidi, le strutture che contribuiscono all’insorgenza dell’AD, potrebbe essere efficacemente studiato in condizioni di microgravità o assenza di gravità. Allo stesso modo, gli esperimenti di monitoraggio delle vie aeree dell’Agenzia spaziale europea (ESA) hanno aiutato a monitorare e diagnosticare condizioni respiratorie, come l’asma e l’infiammazione polmonare. Nel frattempo, la ricerca sulle cellule staminali nello spazio è utile nella medicina rigenerativa e nell’evoluzione della medicina personalizzata per condizioni neurodegenerative come ictus, demenza e cancro.
Inoltre, la biotecnologia spaziale promuove la bioproduzione di prodotti commercialmente rilevanti, in particolare contromisure ai problemi sanitari. In particolare, gli studi sullo sviluppo di farmaci hanno sfruttato le condizioni uniche della microgravità, che forniscono stabilità alle strutture proteiche. Le proteine vengono generalmente impiegate come terapie farmacologiche o bersagli farmacologici e vengono analizzate in modo efficace nella loro forma cristallina. Di conseguenza, gli studi sulla crescita dei cristalli proteici (PCG) hanno portato allo sviluppo di farmaci mirati alla tubercolosi, all’AD, al cancro e alla distrofia muscolare. Inoltre, la microgravità innesca cambiamenti fisiologici, compresi cambiamenti vascolari e disfunzioni immunitarie, che assomigliano all’invecchiamento e alle condizioni di malattie croniche. Queste condizioni evidenziano la necessità di affrontare il problema della salute spaziale, ma rappresentano anche condizioni sperimentali uniche che imitano gli stati biologici naturali che possono essere replicati, offrendo opportunità per studiare la progressione della malattia e lo sviluppo di terapie per affrontarli. Ad esempio, le tecnologie di biofabbricazione, inclusa la biostampa 3D di tessuti e organoidi (in vitro modelli di organi umani), hanno contribuito a far avanzare le conoscenze sullo sviluppo e sulla rigenerazione dei tessuti, in particolare nelle ossa, nella cartilagine, nel fegato e nel cuore. Ciò ha anche il potenziale per tradurre il lavoro di ricerca in dispositivi biomedici di ingegneria tessutale.
La microgravità innesca cambiamenti fisiologici, inclusi cambiamenti vascolari e disfunzioni immunitarie, che assomigliano all’invecchiamento e alle condizioni di malattie croniche.
Altre iniziative commerciali includono lo sviluppo di sistemi di purificazione dell’acqua, guidati da un’alleanza tra la Compagnia aerospaziale danese (DAC) e Aquaporin Space Alliance ApS (ASA). Infine, la biotecnologia spaziale e l’agricoltura hanno contribuito allo sviluppo di colture resilienti al clima e all’agricoltura spaziale, principalmente nella strategia Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP), che mira a produrre parti commestibili ad alto rendimento e ad alto contenuto di nutrienti.
Avanti così
I viaggi spaziali delle agenzie spaziali nazionali e il recente emergere del turismo spaziale hanno aperto diverse nuove iniziative per la scienza, la tecnologia e la medicina. La nuova collaborazione tra DBT e ISRO è un’impresa entusiasmante in cui i poteri della biotecnologia possono essere sfruttati per migliorare il programma spaziale umano della nazione, inaugurando la “Seconda era spaziale” dell’India. Ciò serve anche come mezzo per l’India per migliorare la sua bioeconomia. La collaborazione tra ricercatori nel campo della tecnologia spaziale, della biotecnologia e dei settori affini, come l’intelligenza artificiale (AI) e la robotica, può formulare una struttura di governance per lo sviluppo di prodotti biomedici. Il coinvolgimento di più stakeholder può aiutare nella definizione delle priorità e nello sviluppo di prodotti commercialmente rilevanti, concentrandosi principalmente su salute, nutrizione e riciclaggio dell’acqua. I partenariati pubblico-privato (PPP) hanno contribuito all’espansione del settore spaziale indiano. Le start-up focalizzate sullo spazio sono aumentate considerevolmente, con oltre 300 che contribuiscono all’innovazione. Più recentemente, la biotecnologia ha acquisito importanza alla luce del COVID-19 e della recente presentazione delle politiche BioE3 (Biotecnologia per l’economia, l’ambiente e l’occupazione) e Bio-RIDE (Biotechnology Research Innovation and Entrepreneurship Development) che mirano a promuovere la bioproduzione in India. L’obiettivo è raggiungere una bioeconomia da 300 miliardi di dollari entro il 2030. Inoltre, come menzionato in precedenza dai ricercatori dell’ORF, l’India può impegnarsi nella diplomazia spaziale con altri paesi attraverso l’Iniziativa sulle tecnologie critiche ed emergenti (iCET) e il Dialogo quadrilaterale sulla sicurezza (QUAD). –un gruppo di Australia, India, Giappone e Stati Uniti) per lo sviluppo di innovazioni sostenibili che incorporino la biotecnologia nell’agenda. Sono richieste novità incentrate sulla salute umana, sui prodotti farmaceutici, sulla medicina rigenerativa, sulla gestione dei rifiuti e sul riciclaggio. Ciò dimostra un’interessante opportunità per i ricercatori indiani di espandere la tempra scientifica della nazione e aumentare la sua abilità commerciale.
La biotecnologia ha acquisito importanza alla luce del COVID-19 e della recente presentazione delle politiche BioE3 (Biotecnologia per l’economia, l’ambiente e l’occupazione) e Bio-RIDE (Biotechnology Research Innovation and Entrepreneurship Development) che mirano a promuovere la bioproduzione in India.
La prossima stazione spaziale dell’India e l’espansione del programma spaziale rappresentano un’apertura affinché il paese possa espandersi e potenziare le proprie capacità. Mentre l’India entra nella “Seconda Era Spaziale” (che comprende l’inclusione di missioni spaziali di lunga durata e di lunga durata), garantire la salute e il benessere dei viaggiatori spaziali rimane essenziale. Le indagini sull’impatto a lungo termine dello spazio sulla salute umana e lo sviluppo di misure per mitigare gli effetti deleteri sulla salute possono essere condotte attraverso la cooperazione con la biotecnologia e i settori affini. Inoltre, le particolari condizioni di microgravità forniscono una piattaforma unica per la ricerca nelle scienze della vita, portando allo sviluppo di prodotti sanitari commercialmente validi che possono essere utilizzati dagli esploratori spaziali così come dalle persone sulla Terra. Con i progressi significativi compiuti nei viaggi spaziali e nel turismo, l’India deve cogliere le opportunità offerte dal nuovo accordo ISRO-DBT e contribuire all’espansione della bioeconomia per il futuro.
Lakshmi Ramakrishnan è membro associato della Observer Research Foundation
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