Kunnen we de hersenen beschermen tegen kosmische straling?
Terwijl we ons voorbereiden om een nieuw tijdperk van ruimtevaart binnen te gaan, moeten we manieren vinden om de gezondheidsrisico's van de kosmische omgeving af te wenden. Vooral straling uit de diepe ruimte staat erom bekend de cognitieve functie te verstoren. Hebben onderzoekers een manier gevonden om die schade ongedaan te maken?
Dit is de vooravond van het sturen van astronauten om de diepe ruimte te verkennen, andere planeten te koloniseren en te terravormen, en ruimtetoerisme te plannen.
Maar ruimtevaart brengt zijn eigen gezondheidsrisico's met zich mee.
Een van de belangrijkste bedreigingen is kosmische straling, die het centrale zenuwstelsel kan beschadigen, de cognitieve functie kan veranderen en kan leiden tot symptomen die lijken op die bij de ziekte van Alzheimer.
Met hun kolonisatiemissies naar Mars gepland voor de jaren 2030, hebben NASA - evenals particuliere bedrijven die geïnteresseerd zijn in ruimtevaartconcepten - gezocht naar effectieve manieren om astronauten te beschermen tegen de schade van straling.
Tot nu toe hebben onderzoekers zich voornamelijk gericht op het verbeteren van ruimtevaartuigen en beschermende kleding voor reizigers in de ruimte om deze sterke straling af te weren.
Nu zijn onderzoekers van de University of California, San Francisco, onder leiding van Susanna Rosi, begonnen met het ontwikkelen van een behandeling die de neurodegeneratie veroorzaakt door kosmische straling zou kunnen compenseren.
De resultaten van hun experimenten, die ze op muismodellen hebben uitgevoerd, worden nu in het tijdschrift gepubliceerd Wetenschappelijke rapporten.
‘Kosmische straling kan de hersenen op lange termijn beïnvloeden’
Eerder onderzoek uitgevoerd door Rosi en team wees uit dat, nadat muizen werden blootgesteld aan een stralingsniveau dat ongeveer gelijk was aan wat menselijke astronauten zouden kunnen tegenkomen tijdens een ruimtemissie, hun vermogen om onderscheid te maken tussen bekende en onbekende objecten was aangetast.
Wanneer muizen worden geconfronteerd met twee objecten - een die nieuw en onbekend voor hen is en een die ze eerder hebben onderzocht - zullen ze meer tijd besteden aan het vertrouwd raken met het nieuwe object.
De dieren die aan straling waren blootgesteld, hadden echter de neiging evenveel tijd te besteden aan het verkennen van beide objecten, wat de onderzoekers suggereerde dat de muizen waren vergeten dat ze al aan een van de twee waren blootgesteld.
Andere symptomen die de muizen vertoonden, waren onder meer problemen met sociale interacties en een gevoel van verhoogde angst. Rosi en team merken op dat dit waarschijnlijk kwam door het effect dat de sterke straling had op de microglia, of zenuwcellen in de hersenen en het ruggenmerg die deel uitmaken van het immuunsysteem van het centrale zenuwstelsel.
Wanneer microglia wordt geactiveerd, kunnen ze symptomen veroorzaken - zoals een verminderde geheugenherinnering - die consistent zijn met die van neurodegeneratieve aandoeningen.
Dit komt deels door het feit dat ze worden gedreven om synapsen te vernietigen, of de verbindingen die tussen hersencellen worden gevormd waardoor ze informatie kunnen overbrengen.
“We beginnen bewijzen te hebben dat blootstelling aan straling in de verre ruimte de hersenfunctie op lange termijn kan beïnvloeden, maar voor zover ik weet, had niemand mogelijke tegenmaatregelen onderzocht die de hersenen van astronauten zouden kunnen beschermen tegen dit niveau van blootstelling aan straling. "
Susanna Rosi
Nieuwe compound toont veelbelovend
In de nieuwe studie werkten Rosi en collega's samen met onderzoekers van de Loma Linda University in Californië om een therapie te vinden die de effecten van straling op de hersenen zou kunnen tegengaan.
Ze begonnen met een soortgelijk experiment met muizen, waarbij ze werden blootgesteld aan een dosis straling die vergelijkbaar is met die van een diep ruimtereiziger.
Na een week kregen de muizen ofwel een normaal, gecontroleerd dieet gedurende 15 dagen, ofwel een behandeling met een experimentele verbinding genaamd PLX5622.
Het PLX5622-dieet werkt door microglia in het centrale zenuwstelsel uit te putten. In eerder onderzoek was aangetoond dat behandeling met PLX5622 de cognitieve functie beschermt bij muizen die werden blootgesteld aan craniale bestraling als een vorm van kankertherapie. Rosi en team lieten zich inspireren door deze resultaten.
De recente experimenten hebben ook bemoedigende resultaten opgeleverd. Ten eerste merkten de wetenschappers op dat, hoewel ze aanvankelijk geen cognitieve stoornissen vertoonden, de controledieetmuizen binnen 3 maanden na de eerste bestraling een verminderde herkenning van nieuwe objecten vertoonden.
De muizen die PLX5622-therapie hadden gekregen, vertoonden echter geen dergelijke schade aan het geheugenherinnering.
Door de hersenen van muizen uit elke groep te vergelijken, onthulden de onderzoekers dat die uit de controlegroep veel geactiveerde microglia vertoonden en talrijke synapsen hadden verloren, terwijl die uit de PLX5622-therapiegroep er gezond uitzagen.
Waarom is dit? Rosi en team geloven dat door het centrale zenuwstelsel te dwingen geactiveerde microglia te elimineren, nieuwe, gezonde zenuwcellen deze kwamen vervangen, waardoor de muizen hun normale cognitieve functie konden behouden.
"Dit is echt een mooi bewijs, ten eerste dat het opnieuw opstarten van de microglia van de hersenen de cognitieve functie kan beschermen na blootstelling aan straling, en ten tweede dat we niet per se onmiddellijk na de blootstelling aan straling hoeven te behandelen om het medicijn effectief te maken", legt Rosi uit.
De onderzoekers zijn echter niet alleen enthousiast over het potentieel van deze experimentele therapie voor ruimtereizigers. Geneesmiddelen die soortgelijke mechanismen gebruiken als PLX5622, worden al getest in klinische onderzoeken voor de behandeling van kanker.
Dit betekent dat dergelijke medicijnen zich goed lenen voor een breder scala aan problemen, waaronder cognitieve stoornissen na de behandeling van kanker.
"NASA is erg geïnteresseerd in het vinden van manieren om zowel de veiligheid van astronauten als het missiesucces te garanderen tijdens verre ruimtereizen", merkt co-auteur Karen Krukowski op.
"Maar", voegt ze eraan toe, "astronauten zijn een kleine populatie - het is opwindend dat deze bevindingen mogelijk vele andere vormen van cognitieve stoornissen kunnen helpen voorkomen."
