Simuleringar med djurmodeller avsedda att spegla exponering för galaktisk kosmisk strålning för astronauter höjer röda flaggor för utredare vid Georgetown University Medical Center (GUMC) om astronauters hälsa under långa resor, som till Mars.

Deras senaste studie, publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), tyder på att djupa rymdbombardement av galaktisk kosmisk strålning (GCR) kan avsevärt skada gastrointestinal (GI) vävnad vilket leder till långsiktiga funktionella förändringar. Studien väcker också oro för hög risk för tumörutveckling i magen och tjocktarmen.

Deras tidigare arbete har belyst potentiell försämring av hjärnvävnad samt accelererat åldrande på långa rymdresor på grund av effekten av energiska tunga joner, som inte påverkar jordbor på grund av den skyddande globala magnetosfären.

"Tunga joner som järn och kisel är skadliga på grund av deras större massa jämfört med massafria fotoner som röntgenstrålar och gamma (γ)-strålar som är vanliga på jorden samt protoner med låg massa i yttre rymden, " säger studiens senior utredare, Kamal Datta, MD, en docent vid institutionen för biokemi och en projektledare för NASA Specialized Center of Research (NSCOR) vid GUMC.

"Med den nuvarande skärmningstekniken, det är svårt att skydda astronauter från de negativa effekterna av tung jonstrålning. Även om det kan finnas ett sätt att använda mediciner för att motverka dessa effekter, inget sådant medel har utvecklats ännu, säger Datta, också medlem i Georgetown Lombardi Comprehensive Cancer Center. "Medan korta resor, som de gånger astronauter reste till månen, får inte utsätta dem för denna nivå av skada, det verkliga bekymret är bestående skador från en lång resa som en Mars eller andra djupa rymduppdrag som skulle vara mycket längre", säger han.

Mag-tarmkanalen är en självförnyande vävnad med kontinuerlig celldelning/proliferation, säger forskarna. Det slemhinna (översta) lagret av celler ersätts var tredje till femte dag genom koordinerad migration av nya celler från botten av en kolvformad struktur som kallas krypta mot tarmens lumen. "Varje störning av denna ersättningsmekanism leder till att fysiologiska processer som absorption av näringsämnen inte fungerar och startar patologiska processer som cancer, " säger medförfattaren Georgetowns Albert Fornace Jr., MD, direktör för NSCOR.

För att undersöka effekten av tunga joner på mag-tarmkanalen, forskarna använde musens tunntarm som modellsystem. Möss exponerades för en låg dos av järnstrålning vid NASA Space Radiation Laboratory (NSRL) i Brookhaven National Laboratory på Long Island, New York, och djuren undersöktes sedan i Georgetown.

Forskare jämförde gruppen möss som fick tunga joner med möss exponerade för gammastrålar, som är jämförbara med röntgenstrålar, och till en tredje, oexponerad kontrollgrupp. Forskarna fann att tarmceller i gruppen med tunga joner inte absorberade näringsämnen tillräckligt och att de bildade cancerpolyper.

Dessutom, det fanns bevis för att järnstrålning inducerade DNA-skador som ökade antalet åldrande celler. Åldrande celler är oförmögna till normal celldelning men de är inte "tysta, säger Datta.

"De genererar oxidativ stress och inflammatoriska molekyler som orsakar mer skada. Detta påverkade kraftigt migrering av celler som behövs för att ersätta tarmfodret som saktade ner GI -funktionen, " han säger.

Även om en mycket låg dos gavs under motsvarande månader lång period i rymden, effekterna av tung jonstrålning verkade vara permanent, säger Fornace.

"Vi har dokumenterat effekterna av strålning från rymden på vissa vitala organ, men vi tror att liknande skadesvar kan förekomma i många organ, " säger Datta. "Det är viktigt att förstå dessa effekter i förväg så att vi kan göra allt vi kan för att skydda våra framtida rymdresenärer."