Dyreundersøgelser tyder på, at dyb rumrejse kan skade GI-funktionen betydeligt hos astronauter

Simuleringer med dyremodeller beregnet til at afspejle galaktisk kosmisk strålingseksponering for astronauter rejser røde flag for efterforskere ved Georgetown University Medical Center (GUMC) om astronauters helbred under lange rejser, som til Mars.

Deres seneste undersøgelse, offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), antyder, at dybt rumbombardement af galaktisk kosmisk stråling (GCR) kan beskadige gastrointestinalt (GI) væv betydeligt, hvilket fører til langsigtede funktionelle ændringer. Undersøgelsen rejser også bekymring for høj risiko for tumorudvikling i maven og tyktarmen.

Deres tidligere arbejde har fremhævet potentiel svækkelse af hjernevæv samt accelereret aldring på lange rumrejser på grund af virkningen af ​​energiske tunge ioner, som ikke påvirker jordboerne på grund af den beskyttende globale magnetosfære.

"Tunge ioner såsom jern og silicium er skadelige på grund af deres større masse sammenlignet med masseløse fotoner såsom røntgenstråler og gamma (γ)-stråler, der er fremherskende på jorden såvel som lavmasseprotoner i det ydre rum, " siger undersøgelsens seniorforsker, Kamal Datta, MD, en lektor i Institut for Biokemi og en projektleder af NASA Specialized Center of Research (NSCOR) ved GUMC.

"Med den nuværende afskærmningsteknologi, det er svært at beskytte astronauter mod de negative virkninger af tung ionstråling. Selvom der kan være en måde at bruge medicin til at modvirke disse virkninger, der er ikke udviklet et sådant middel endnu, " siger Datta, også medlem af Georgetown Lombardi Comprehensive Cancer Center. "Mens korte ture, ligesom de gange astronauter rejste til månen, må ikke udsætte dem for denne skadesgrad, den virkelige bekymring er varig skade fra en lang tur som en Mars eller andre dybe rummissioner, som ville være meget længere," siger han.

Mave-tarmkanalen er et selvfornyende væv med kontinuerlig celledeling/proliferation, siger forskerne. Slimhinden (øverste) lag af celler udskiftes hver tredje til femte dag gennem koordineret migration af nye celler fra bunden af ​​en kolbeformet struktur kaldet krypten mod tarmens lumen. "Enhver forstyrrelse af denne erstatningsmekanisme fører til funktionsfejl i fysiologiske processer såsom næringsstofabsorption og starter patologiske processer såsom cancer, " siger medforfatter Georgetowns Albert Fornace Jr., MD, direktør for NSCOR.

For at undersøge virkningen af ​​tunge ioner på mave-tarmkanalen, forskerne brugte musens tyndtarm som et modelsystem. Mus blev udsat for en lav dosis jernstråling på NASA Space Radiation Laboratory (NSRL) i Brookhaven National Laboratory på Long Island, New York, og dyrene blev derefter undersøgt i Georgetown.

Forskere sammenlignede gruppen af ​​mus, der modtog tunge ioner, med mus udsat for gammastråler, som kan sammenlignes med røntgenstråler, og til en tredje, ueksponeret kontrolgruppe. Forskerne fandt ud af, at tarmceller i gruppen med tunge ioner ikke absorberede næringsstoffer tilstrækkeligt, og at de dannede kræftpolypper.

Derudover der var bevis for, at jernstråling inducerede DNA-skader, der øgede antallet af senescerende celler. Ældrende celler er ude af stand til normal celledeling, men de er ikke "stille, " siger Datta.

"De genererer oxidativ stress og inflammatoriske molekyler, der inducerer mere skade. Dette påvirkede i høj grad migration af celler, der er nødvendige for at erstatte tarmslimhinden, hvilket bremsede GI-funktionen, " han siger.

Selvom en meget lav dosis blev leveret over, hvad der svarer til en måneds lang periode i det dybe rum, virkningerne af tung ionstråling syntes at være permanent, siger Fornace.

"Vi har dokumenteret virkningerne af deep space-stråling på nogle vitale organer, men vi mener, at lignende skadereaktioner kan forekomme i mange organer, " siger Datta. "Det er vigtigt at forstå disse effekter på forhånd, så vi kan gøre alt, hvad vi kan for at beskytte vores fremtidige rumrejsende."