La ricerca biomedica si può fare nello spazio

Si chiama VITA, acronimo di Vitality, Innovation, Technology, Ability, la prossima missione dell’astronauta Paolo Nespoli a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

L’Agenzia Spaziale Italiana in collaborazione con la Nasa, ha selezionato 13 esperimenti molti dei quali biomedici e il resto tecnologici per verificare gli effetti biologici sull’uomo di lunghe permanenze nello spazio. Un importante passo per futuri viaggi verso Marte, ma non solo.

Alcuni degli esperimenti biomedici condotti in condizioni estreme come quelle della microgravità potrebbero, in un futuro non molto remoto, avere applicazioni anche in situazioni critiche sulla Terra. Proprio questo è il compito che si prefigge l’esperimento tutto italiano, denominato “In Situ-Bioanalysis” sviluppato presso il Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell'Università di Bologna e che ha ricevuto il più alto punteggio di valutazione rispetto agli esperimenti approvati sia per novità che per originalità, trasferibilità e reale utilità. L’obiettivo è sperimentare uno strumento di monitoraggio utile a valutare la salute degli astronauti in condizioni di microgravità.

Il progetto nasce all’interno del gruppo di Chimica Analitica e Bioanalitica diretto dal Prof. Aldo Roda. L’équipe è costituita dal Prof. Aldo Roda (responsabile del progetto), Prof. Mara Mirasoli e Dott. Martina Zangheri (che esegue i saggi immunologici) dell’Università di Bologna e dal Dott. Mario Benassai della Altec SpA  di Torino.

Il team di ricercatori ha ideato e costruito un piccolo biosensore portatile, semplice ma ipersensibile, in grado di analizzare parametri biologici in situ, partendo da campioni di saliva. La novità è che il biosensore analizza la saliva degli astronauti e invia i risultati a Terra in tempo reale tramite un lettore portatile collegato ai computer della ISS offrendo, così, agli astronauti la possibilità di monitorare in tempo reale il proprio stato di salute.

Al momento il progetto sarà sperimentato per misurare i livelli salivari di cortisolo, quale biomarcatore di stress. In futuro potrà essere adattato per analizzare altri biomarcatori in diversi campioni biologici. Tutta l’analisi sarà condotta a bordo della ISS, senza la necessità di inviare campioni a Terra. Ora, i campioni di sangue, feci e urine degli astronauti in missione sono prelevati a bordo dell’ISS, congelati o conservati in azoto liquido e mandati a Terra con navette per essere analizzati in laboratorio. Un’operazione piuttosto complessa e costosa con lunghi tempi di risposta.

Con In Situ-Bioanalysis, l’analisi chimico‐clinica potrà essere effettuata dentro l’ISS dallo stesso astronauta con diagnosi  tempestiva e rapido intervento nel caso di situazioni problematiche. La realizzazione del progetto permetterà ai membri dell’equipaggio di eseguire analisi chimiche su campioni biologici ottenuti in maniera non invasiva, utilizzando cartucce analitiche monouso ed un lettore portatile collegato ai computer della ISS.

L’obiettivo non è solo misurare parametri in condizioni di microgravità ma realizzare uno strumento per fare analisi in loco. Il dispositivo è stato pensato per lo spazio ma potrà poi essere utilizzato anche sulla Terra per eseguire analisi biologiche in tempo reale, per esempio al letto del paziente, in ambulanza e in tutta la medicina d'urgenza, e non solo. Dispositivi bio-analitici con queste caratteristiche potranno essere utilizzati anche per la diagnostica nei paesi in via di sviluppo o in comunità remote o isolate, come in Antartide.

Il meccanismo d’azione si basa sulla tecnica di “Lateral Flow Immunoassay” (LFIA) già nota in campo diagnostico che sfrutta l’elevata specificità degli anticorpi per riconoscere il biomarcatore di interesse e le forze capillari per promuovere il movimento dei reagenti. L’accoppiamento con la rivelazione in chemiluminescenza (CL‐LFIA) permette di ottenere, poi, informazioni quantitative accurate. In pratica sfrutta lo stesso meccanismo che permette di fare il test di gravidanza sull’urina.

Il biosensore InSitu-Bioanalysis è costituito da:

1. Un dispositivo (Oral Fluid Sampling Equipment, OFSE) per la raccolta del campione di saliva (Salivette contenente un tampone di cellulosa) e una siringa per l’inserimento del campione nella cartuccia monouso per l’esecuzione dell’analisi.
2. Una cartuccia monouso (LFIA Cartridge) che contiene sia i reattivi che i materiali necessari per determinare il livello di cortisolo nel campione di saliva. La cartuccia, oltre a garantire una facile esecuzione manuale da parte dell’astronauta, è stata progettata per contenere il totale dei reagenti in modo che non entrino in contatto sia con l’ambiente che con gli operatori, anche se queste sostanze non sono tossiche né pericolose.
3. Un rivelatore (CL Reader) costituito da una camera CCD portatile collegata ad un computer di bordo mediante USB. La camera CCD è stata dotata di un alloggiamento in cui viene messa la cartuccia monouso in fase di rivelazione del segnale chemiluminescente mediante “imaging a contatto”.

Nespoli deve in primis raccogliere un campione di saliva, tenendo in bocca per qualche minuto il tampone di cellulosa e poi inserirlo in una siringa per introdurre il campione dentro l’apposita cartuccia monouso che, a sua volta, contiene i reagenti per l’analisi. La cartuccia LFIA Cartridge così caricata viene alloggiata nella camera CCD del rilevatore CL Reader e a questo punto Nespoli deve premere un pulsante per miscelare il campione ed i reagenti precaricati nella cartuccia stessa. Una volta collegato il rilevatore CL Reader ad un computer di bordo mediante USB (SSC Laptop), Nespoli può avviare il software dedicato, acquisire le immagini del segnale chemiluminescente e inviarle a Terra per l’elaborazione dei risultati.

Gli altri esperimenti made in Italy della Missione VITA:

• CORM (Univ Firenze) - Effetti della microgravità su cellule della retina.
• NANOROS (Ist Ital Tecnologia) - Potenzialità di cura dell’ossido di Cerio su cellule cardiache MYOGRAVITY (Univ Pescara) – Testerà le cellule muscolari di Nespoli in orbita con quelle tenute a Terra in condizioni di microgravità simulata per osservare le differenze degenerative.
• ORTHOSTATIC TOLERANCE (Irccs S. Raffaele Pisana Roma) - Protocollo di allenamento per mitigare effetti indesiderati dei fluidi corporei nel momento del rientro.
• PERSEO (Univ Pavia) - Nespoli indosserà una giacca piena d’acqua per dimostrare la sua efficacia come scudo contro le radiazioni.
• SERISM (Campus Biomedico Roma) - Studierà il comportamento delle cellule staminali presenti nel sangue per analizzarne le capacità di rigenerazione in orbita.

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