La Terra è un involucro di radiazioni e all’interno di questo involucro, l’atmosfera e la magnetosfera ci tengono per lo più al sicuro dalle radiazioni solari e cosmiche. Parte della luce ultravioletta, però, riesce a penetrare nell’atmosfera e può danneggiarci, ma precauzioni ragionevoli come semplicemente ridurre al minimo l’esposizione al Sole possono tenere a bada eventuali conseguenze negative.
Nello spazio la questione è completamente diversa: tra i molti pericoli a cui sono esposti gli astronauti, le radiazioni non possono non essere prese in considerazione, così un team di ricercatori ha sviluppato un nuovo biomateriale per proteggere gli astronauti.
Lo studio è incentrato sulle melanine, pigmenti che si trovano nella maggior parte degli esseri viventi sulla Terra, compresi animali come noi. Le melanine sono responsabili dei capelli rossi, del castano, della frutta e dell’oscuramento della pelle dopo l’esposizione alle radiazioni UV del sole.
Il titolo del nuovo studio è: “Selenomelanin: An Abiotic Selenium Analogue of Pheomelanin“.
Nathan Gianneschi, professore di chimica presso la Northwestern University e direttore associato dell’International Institute for Nanotechnology, ha guidato la ricerca. Wei Cao del Dipartimento di Chimica della Northwestern è il primo autore del documento. Lo studio è stato pubblicato nel Journal of American Chemical Society.
Le future missioni spaziali porteranno gli astronauti sempre più lontano dalla Terra e per periodi di tempo più lunghi. Lasciando da parte le catastrofi in stile hollywoodiano, alcuni dei pericoli sono cronici piuttosto che acuti. Proprio come sulla Terra, la protezione dalle radiazioni solari è importante, anche se va chiarito che il rischio nello spazio è maggiore. Una volta fuori dall’involucro terrestre, gli astronauti sono esposti a molte più radiazioni. Non solo a quelle emesse con regolarità dal Sole ma anche a quelle improvvise emesse dai bagliori solari e persino dai raggi cosmici. Lo spazio è inondato da pericolose radiazioni ionizzanti.
Quando gli astronauti trascorrono del tempo fuori dall’orbita terrestre bassa, affrontano maggiori rischi dall’esposizione a tale radiazione: cancro e altre malattie degenerative, malattie da radiazioni e persino effetti sul Sistema Nervoso Centrale. La NASA afferma che gli astronauti possono essere esposti a dosi di radiazioni comprese tra 50 e 2.000 Milli-Sievert (mSv), ma 1 mSv equivale a circa tre radiografie del torace, quindi è come se gli astronauti fossero sottoposti ad un numero di radiografie che va da 150 a 6000.
Potremmo proteggere gli astronauti con il piombo, o metterli dietro scudi di piombo come fanno i tecnici di radiologia e sarebbero protetti. Il problema è: come potrebbero, poi, gli astronauti svolgere tutti i loro compiti, pur essendo protetti da tutte le radiazioni pericolose? inoltre, il piombo è estremamente pesante ed è poco pratico utilizzarlo nello spazio come protezione dalle radiazioni.
Nathan Gianneschi, ricercatore principale, ha dichiarato in un comunicato stampa: “Dato il crescente interesse per i viaggi nello spazio e la necessità generale di biomateriali leggeri, multifunzionali e radioprotettivi, siamo entusiasti del potenziale della melanina. Il nostro collega Wei Cao ha pensato che la melanina contenente selenio avrebbe offerto una protezione migliore rispetto ad altre forme di melanina. Ciò ha fatto emergere l’intrigante possibilità che questa melanina non ancora scoperta potesse benissimo esistere in natura, essendo usata in questo modo“.
Sulla Terra, quando la nostra pelle è esposta alle radiazioni UV, produciamo più melanina. Ciò imbrunisce la pelle e la pigmentazione della melanina è efficace per assorbire la luce. In effetti, può assorbire fino al 99,9% delle radiazioni UV. I ricercatori sanno già che la melanina ha il potenziale per proteggere gli astronauti dalle radiazioni. Un gruppo di ricerca separato sta sperimentando campioni di essa sulla Stazione Spaziale Internazionale, per vedere come risponde alle radiazioni, che non sono solo radiazioni UV, ma radiazioni più forti come i raggi X.
Ma ci sono diversi tipi di melanine. Quella in fase di test sulla ISS è in realtà un composto di melanina e polimeri fungini. Il ricercatore principale di questo lavoro è Radamés JB Cordero della Johns Hopkins: “L’obiettivo è quello di prendere la melanina e creare biomateriali ispirati alla natura“, ha spiegato Cordero: “Stiamo valutando se possiamo imitare e imparare dalla biologia a nostro vantaggio”.
Ma questa nuova ricerca sta andando in una direzione leggermente diversa, osservando la melanina arricchita con selenio. Il selenio ha relazione con la luce e viene usato come pigmento, nella fabbricazione del vetro, nei rivelatori di raggi X e nelle celle solari. Ricerche precedenti hanno dimostrato che i composti di selenio possono proteggere gli animali dai raggi X. Quindi il team dietro il nuovo lavoro si è chiesto se combinare melanina e selenio avrebbe prodotto un nuovo modo di proteggere gli astronauti.
Invece di spendere chissà quanto tempo cercando di trovare il composto da qualche parte in natura, hanno deciso di creare i propri composti in un laboratorio. Hanno sintetizzato un nuovo biomateriale che chiamano “selenomelanina” e hanno trattato le cellule con il nuovo materiale, insieme alle cellule trattate con feomelanina sintetica ed eumelanina. Infine, hanno usato anche cellule senza melanina protettiva come gruppo di controllo.
Le cellule sono state esposte a una dose di radiazioni che sarebbe stata letale per un essere umano. Il risultato? Solo la cellula trattata con la selenomelanina sintetizzata ha mostrato cicli cellulari normali.
“I nostri risultati hanno dimostrato che la selenomelanina offre una protezione superiore dalle radiazioni. Abbiamo anche scoperto che è più facile sintetizzare la selenomelanina rispetto alla feomelanina, e ciò che abbiamo creato è più vicino alla feomelanina sintetica che alla melanina che si trova in natura“, ha spiegato Gianneschi.
Il team ha anche scoperto che, diversamente dai campioni inviati all’ISS da un team di ricerca separato, che sono costosi da produrre, la selenomelanina può essere bio-sintetizzata. Ciò significa che cellule vive possono produrla quando vengono nutrite con i giusti nutrienti. E la selenomelanina biosintetizzata mantiene le sue proprietà protettive.
“Con un’abbondante fonte di selenio nell’ambiente, alcuni organismi potrebbero essere stati in grado di adattarsi a circostanze estreme come le radiazioni attraverso gli effetti benefici della selenomelanina”, ha detto Gianneschi.
“Il nostro lavoro indica la possibilità che la melanina possa fungere da deposito per il selenio, contribuendo a garantire che gli organismi ne traggano beneficio”, ha affermato Cao. “La selenomelanina può svolgere un ruolo importante nel modo in cui il selenio viene metabolizzato e distribuito biologicamente. È un’area per ulteriori indagini”.
