Simulaties met diermodellen die bedoeld zijn om de blootstelling van astronauten aan galactische kosmische straling te weerspiegelen, roepen rode vlaggen op voor onderzoekers van het Georgetown University Medical Center (GUMC) over de gezondheid van astronauten tijdens lange reizen, zoals naar Mars.

Hun meest recente onderzoek, gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), suggereert dat een bombardement in de diepe ruimte door galactische kosmische straling (GCR) het maagdarmkanaal (GI) weefsel aanzienlijk zou kunnen beschadigen, wat kan leiden tot functionele veranderingen op de lange termijn. De studie roept ook bezorgdheid op over het hoge risico op tumorontwikkeling in de maag en de dikke darm.

Hun eerdere werk heeft mogelijke aantasting van hersenweefsel benadrukt, evenals versnelde veroudering tijdens lange ruimtereizen als gevolg van het effect van energetische zware ionen, die geen invloed hebben op aardbewoners vanwege de beschermende wereldwijde magnetosfeer.

"Zware ionen zoals ijzer en silicium zijn schadelijk vanwege hun grotere massa in vergelijking met niet-massafotonen zoals röntgenstralen en gamma (γ) -stralen die op aarde voorkomen, evenals protonen met een lage massa in de ruimte, " zegt de senior onderzoeker van de studie, Kamal Datta, MD, een universitair hoofddocent bij de afdeling Biochemie en een projectleider van het NASA Specialized Center of Research (NSCOR) bij GUMC.

"Met de huidige afschermingstechnologie, het is moeilijk om astronauten te beschermen tegen de nadelige effecten van zware ionenstraling. Hoewel er een manier kan zijn om medicijnen te gebruiken om deze effecten tegen te gaan, zo'n middel is nog niet ontwikkeld, " zegt Datta, ook een lid van Georgetown Lombardi Comprehensive Cancer Center. "Tijdens korte reizen, zoals de keren dat astronauten naar de maan reisden, mogen ze niet aan dit niveau van schade blootstellen, de echte zorg is blijvend letsel van een lange reis zoals een Mars of andere diepe ruimtemissies die veel langer zouden duren", zegt hij.

Het maagdarmkanaal is een zelfvernieuwend weefsel met continue celdeling/proliferatie, zeggen de onderzoekers. De mucosale (bovenste) cellaag wordt elke drie tot vijf dagen vervangen door gecoördineerde migratie van nieuwe cellen vanaf de bodem van een kolfvormige structuur die crypte wordt genoemd naar het lumen van de darm. "Elke verstoring van dit vervangingsmechanisme leidt tot een storing van fysiologische processen zoals de opname van voedingsstoffen en start pathologische processen zoals kanker, " zegt co-auteur Albert Fornace Jr. van Georgetown, MD, directeur van de NSCOR.

Om het effect van zware ionen op het maagdarmkanaal te onderzoeken, de wetenschappers gebruikten de dunne darm van de muis als modelsysteem. Muizen werden blootgesteld aan een lage dosis ijzerstraling in het NASA Space Radiation Laboratory (NSRL) in Brookhaven National Laboratory op Long Island, New York, en de dieren werden vervolgens onderzocht in Georgetown.

Onderzoekers vergeleken de groep muizen die zware ionen ontvingen met muizen die waren blootgesteld aan gammastraling, die vergelijkbaar zijn met röntgenstralen, en naar een derde, niet-blootgestelde controlegroep. De wetenschappers ontdekten dat darmcellen in de zware ionengroep de voedingsstoffen niet voldoende konden opnemen en dat ze kankerpoliepen vormden.

Aanvullend, er waren aanwijzingen dat ijzerstraling DNA-schade veroorzaakte die het aantal senescente cellen verhoogde. Senescente cellen zijn niet in staat tot normale celdeling, maar ze zijn niet "stil, ', zegt Datta.

"Ze genereren oxidatieve stress en ontstekingsmoleculen die meer schade veroorzaken. Dit had een grote invloed op de migratie van cellen die nodig zijn om de darmwand te vervangen, wat de werking van het maagdarmkanaal vertraagde, " hij zegt.

Hoewel een zeer lage dosis werd toegediend gedurende het equivalent van een periode van maanden in de verre ruimte, de effecten van zware ionenstraling leken blijvend, zegt Fornace.

"We hebben de effecten gedocumenteerd van straling in de diepe ruimte op sommige vitale organen, maar we geloven dat soortgelijke schadereacties kunnen optreden in veel organen, ", zegt Datta. "Het is belangrijk om deze effecten van tevoren te begrijpen, zodat we er alles aan kunnen doen om onze toekomstige ruimtereizigers te beschermen."