Att skicka ett bemannat uppdrag till Mars kräver inte bara ett kraftfullt lanseringsfordon utan också en förståelse för hur en rymdflukt på tre år kan påverka människokroppen.
Med finansiering från National Aeronautics and Space Administration (NASA) använde forskare vid Wake Forest Institute for Regenerative Medicine och deras kollegor mänskliga stamceller för att bestämma effekterna av strålningsexponering i djupa rymden.
Forskningsteamet har visat för första gången att strålning från långdistansflygningar kan öka risken för att utveckla leukemi hos människor.
"Jag hoppas att vår erfarenhet kommer att hjälpa NASA att utvärdera potentiella risker och utveckla strategier för att hantera dem," sade Christopher Porada, seniorforskare om projektet. Gruppen testar för närvarande ett näringstillskott som kan skydda astronauter från dessa förödande effekter.
Strålningsexponering är en av de farligaste aspekterna av att resa till Mars, enligt NASA. Det genomsnittliga avståndet till Röda planeten är cirka 200 miljoner kilometer, och hela resan kan ta tre år.
Syftet med studien, publicerad i tidskriften Leukemia, var att utvärdera de direkta effekterna av solenergipartiklar (SEP) och galaktiska kosmiska strålar (GCR) på humana hematopoietiska stamceller (HSC). Dessa stamceller innehåller mindre än 0,1% benmärg, men producerar många typer av blodceller som cirkulerar i hela kroppen och ansvarar för att transportera syre, bekämpa infektioner och eliminera eventuella cancerceller.
För studien togs stamceller från friska givare i åldern astronauter (30–55 år). Under experimentet exponerades de för protoner och järnjoner i doser som är karakteristiska för djupa rymden. Därefter genomfördes laboratorie- och experimentstudier för att bestämma effekterna av strålning.
"Vi fann att strålning minskade HSC: s förmåga att producera nästan alla typer av blodceller med 60–80%," sade Porada. "Detta kan leda till allvarlig försvagning av immunsystemet och anemi under utökade uppdrag i djupa rymden."
Kampanjvideo:
I nästa steg utvärderade forskarna hur cellerna skulle fungera i kroppen. Bestrålade humana HSC-celler transplanterades i möss, "effektivt humaniserade" djuren. Som ett resultat utvecklade de akut lymfoblastisk leukemi.
"Bestrålning kan öka risken för att utveckla leukemi," avslutade Porada. "Dessutom påverkade strålning HSC: s förmåga att generera typer av vita blodkroppar som är involverade i bekämpning av utländska inkräktare, såsom infektioner eller tumörceller. Detta kan minska immunsystemets förmåga att eliminera maligna celler till följd av strålningsinducerade mutationer."
Resultaten är särskilt störande med tanke på tidigare arbete som visar att mikrogravitationsförhållanden också kan orsaka märkbara förändringar i immunsystemet, även efter korta uppdrag i låg jordbana, där astronauter till stor del är skyddade från strålning, sade Porada. De kombinerade effekterna av mikrogravitet och strålning kan förvärra risken för immundysfunktion och cancer.
NASA: s humanforskningsprogram är utformat för att göra rymdsuppdrag så säkra som möjligt. Den undersöker inte bara effekterna av strålning, utan också mikrogravitationsförhållanden, isolering och inneslutning i trånga miljöer långt från Jorden.
