Para Estudar o Envelhecimento, os Cientistas Estão a Olhar Para o Espaço Sideral

As viagens espaciais induzem alterações corporais que são notavelmente semelhantes ao envelhecimento, proporcionando uma forma única de impulsionar a investigação médica.

Por Shi En Kim
Publicado 7/12/2020, 15:48
Os astronautas aposentados da NASA e gémeos idênticos Scott Kelly (à direita) e Mark Kelly. Scott ...

Os astronautas aposentados da NASA e gémeos idênticos Scott Kelly (à direita) e Mark Kelly. Scott passou um ano na EEI, entre 2015 e 2016, enquanto Mark permaneceu na Terra, permitindo aos cientistas estudar os efeitos da vida no espaço no corpo de Scott e comparar as alterações com Mark.

Fotografia de ROBERT MARKOWITZ, NASA

Qualquer pessoa que já tenha passado pela meia-idade sabe que o processo de envelhecimento pode ser extremamente difícil para o corpo. Os nossos ossos começam a perder cálcio, os músculos começam a definhar, o sistema imunitário enfraquece e podem acontecer casos de artrite. O equilíbrio e a postura afetam a forma como nos movemos pelo mundo, enquanto que as cataratas e a deterioração da vista afetam a nossa visão. Os problemas cardíacos e o declínio das funções cognitivas acabam eventualmente por se instalar à medida que nos aproximamos do final das nossas vidas.

Porém, estes sintomas também podem ser provocados por algo mais invulgar: viagens espaciais.


Os voos espaciais influenciam a nossa biologia de formas dramáticas, e as pessoas no espaço parecem sentir os efeitos do envelhecimento mais depressa do que as pessoas na Terra. Agora, os cientistas têm uma compreensão mais aprofundada sobre a influência das viagens espaciais nos seres vivos. Uma série de 29 artigos publicados recentemente nas revistas Cell, Cell Reports, iScience, Cell Systems e Patterns examinam os perigos biológicos dos voos espaciais em 56 astronautas – mais de 10% de todos os humanos que já estiveram no espaço.

Os astronautas da NASA Terry Virts (à direita) e Scott Kelly fazem experiências para o projeto de Pesquisa de Roedores-2, uma investigação comercial sobre os efeitos dos voos espaciais nos músculos, esqueletos e sistema nervoso de ratos que foram enviados para a EEI no dia 14 de abril de 2015.

Fotografia de NASA

Estes novos estudos estão a ajudar a identificar os mecanismos subjacentes às respostas biológicas despoletadas por viver no espaço. Mais de 200 cientistas demonstraram que o espaço altera os genes, a função mitocondrial e os equilíbrios químicos nas células, desencadeando uma série de efeitos mais amplos na saúde de animais e humanos no espaço.

“Todo o corpo é afetado porque [o espaço] é um ambiente muito diferente e extremo”, diz Susan Bailey, radiologista da Universidade Estadual do Colorado que participou em vários dos novos estudos.

Os efeitos associados aos voos espaciais na saúde partilham muitas semelhanças com os distúrbios relacionados com o envelhecimento, como o cancro e a osteoporose. Embora os paralelos entre voos espaciais e envelhecimento sejam uma preocupação para as missões tripuladas a longo prazo – como as necessárias para uma viagem a Marte – o ambiente espacial também apresenta uma oportunidade única para se estudar a fisiologia do envelhecimento.

Estima-se que o coração, vasos sanguíneos, ossos e músculos se deteriorem 10 vezes mais depressa no espaço do que pelo envelhecimento natural. Isto significa que, para estudar o processo de envelhecimento, os cientistas não precisam de esperar que os seus sujeitos biológicos envelheçam naturalmente na Terra – podem aproveitar os efeitos acelerados na saúde com experiências na Estação Espacial Internacional (EEI).

Os cientistas salientam que os sintomas das viagens espaciais não são exatamente os mesmos do envelhecimento, e muitas das alterações são revertidas quando as pessoas regressam à Terra, mas estas comparações continuam a ter a sua utilidade. O voo espacial é uma experiência imersiva que tem os seus efeitos nos viajantes, mas o envelhecimento acontece a todos os terráqueos, independentemente de gostarmos ou não. Assim sendo, a vida no espaço é um bom modelo para compreender o envelhecimento enquanto processo crónico, diz Susan Bailey. A esterilidade do espaço sideral pode até revelar novas formas para nos protegermos contra o processo de envelhecimento.

O Habitat de Roedores da NASA, mostrado nesta imagem com uma de duas portas de acesso aberta, fornece alojamento a longo prazo para roedores a bordo da Estação Espacial Internacional.

Fotografia de Dominic Hart, NASA

Um pouco de espaço

Todas as formas de vida no nosso planeta evoluíram sob o peso da gravidade e condições na Terra, pelo que não estamos otimizados para viver noutro tipo de ambiente. O espaço afeta células diferentes de maneiras diferentes, diz Michael Roberts, cientista-chefe interino do Laboratório Nacional da EEI. “Por exemplo, não é uma só exposição aguda a agentes tóxicos; é algo a longo prazo, crónico e persistente.” Viver no espaço redefine os níveis de equilíbrio do corpo para funcionar de forma ideal, acrescenta Michael, reiniciando assim as normas fisiológicas de como as células respondem.

Em microgravidade, o coração, os ossos e os músculos não precisam de se esforçar tanto como na Terra, acabando por definhar devido ao desuso. Os líquidos fluem de maneira diferente no espaço, e isso pode alterar as formas dos tecidos que têm líquidos, como os do cérebro. Fora da atmosfera terrestre, o aumento na radiação de fundo também pode danificar o ADN e aumentar o risco de cancro. Mesmo os níveis ligeiramente mais elevados de dióxido de carbono na EEI podem perturbar a fisiologia de um astronauta.

As novas investigações sobre os efeitos dos voos espaciais na saúde ecoam as descobertas feitas num perfil de saúde abrangente dos astronautas gémeos da NASA, Scott e Mark Kelly. O Estudo dos Gémeos da NASA envolveu 10 equipas de pesquisa que monitorizaram as alterações moleculares e fisiológicas que Scott teve durante e após uma estadia de um ano no espaço. Os investigadores compararam as mudanças com o seu gémeo idêntico, Mark, que permaneceu na Terra durante esse período.

Com base em mais de 300 amostras biológicas, as equipas catalogaram uma série de diferenças corporais nos astronautas gémeos, incluindo mudanças nas expressões génicas, microbiomas, funções cognitivas e sistemas vasculares.

No Estudo dos Gémeos, Susan Bailey fez uma descoberta surpreendente: os telómeros de Scott tinham alterado o seu comprimento. Os telómeros ligam as extremidades dos cromossomas para os proteger de danos, como acontece, por exemplo, com as pontas de plástico nos atacadores dos sapatos, que evitam que estes desfiem. Os telómeros são um bom indicador para o envelhecimento, diz Susan, porque o seu comprimento é afetado por todos os aspetos da vida terrena, quer seja a nossa dieta, estilo de vida e até mesmo o nosso bem-estar mental. Os telómeros encurtam à medida que envelhecemos, e a rapidez com que os nossos telómeros encurtam é um marcador importante de saúde.

Durante o tempo que Scott passou no espaço, os cientistas observaram um aumento inesperado nos seus telómeros. Contudo, quando Scott regressou à Terra, os seus telómeros encolheram rapidamente. “Mesmo que tenham ficado mais longos durante o voo espacial, Scott acabou por ficar com telómeros mais curtos do que tinha antes de partir”, diz Susan.

“A alteração no comprimento dos telómeros tem sido associada a coisas como doenças cardiovasculares, particularmente nos telómeros curtos.” No entanto, os telómeros alongados de Scott durante o tempo que passou no espaço também não são um bom sinal. “Telómeros mais longos também estão associados ao cancro. Não há forma de contornar esta situação.”

Por mais revelador que o Estudo dos Gémeos possa ser, o seu tamanho de amostragem foi de apenas um indivíduo: Scott Kelly, comparado com um participante de controlo, o seu irmão gémeo Mark. Agora, os investigadores estão a confirmar as descobertas do estudo – incluindo as alterações nos telómeros – examinando dezenas de astronautas que passaram meses no espaço. Tal como fizeram para o Estudo dos Gémeos, os investigadores registaram um conjunto de mudanças fisiológicas e tentaram identificar os mecanismos, como proteínas ou genes específicos, que as provocaram.

Alguns dos sintomas do voo espacial parecem estabilizar após um determinado tempo em órbita, como a diminuição do volume sanguíneo e alterações no coração e nos pulmões. Mas os astronautas não viveram na EEI durante tempo suficiente para os cientistas afirmarem com precisão que estas mudanças no corpo acabarão por atingir um estado estacionário.

“Já temos alguns estudos de base”, diz Susan, “mas ainda é demasiado cedo para se chegar a uma conclusão”.

Ratos e músculos

O espaço também é um ambiente adequado para os cientistas testarem potenciais medicamentos para combater o envelhecimento. Num estudo recente, uma equipa de investigação da empresa farmacêutica Eli Lilly testou um medicamento de anticorpos para perceber se este prevenia a perda muscular nos ratos a bordo da EEI. (Esta empresa também faz um tratamento com anticorpos que recebeu recentemente a aprovação de emergência da agência norte-americana FDA para tratar a COVID-19.) A equipa aproveitou o ambiente biologicamente stressante do espaço para induzir nos ratos uma atrofia muscular semelhante ao envelhecimento e aos efeitos do cancro.

“No espaço, o corpo inteiro de um animal está sob os efeitos da microgravidade”, diz Rosamund Smith, bióloga celular aposentada da Eli Lilly que liderou a investigação. Uma experiência análoga de envelhecimento na Terra envolveria criar ratos num ambiente sem peso, com os seus membros posteriores suspensos, ou esperando simplesmente que os ratos envelhecessem. Mas os métodos de envelhecimento artificial na Terra não fornecem uma experiência de corpo inteiro que envelheça todos os músculos do corpo de uma só vez, diz Rosamund.

Os investigadores da farmacêutica Eli Lilly confirmaram que o espaço encolhe e enfraquece os músculos dos ratos que vivem na EEI, espelhando as observações feitas anteriormente nos astronautas. A injeção do medicamento de anticorpos nos ratos preservou os seus músculos. Estes medicamentos podem assim neutralizar os efeitos nocivos da microgravidade nos astronautas durante as missões tripuladas mais longas e podem ser usados para terapia na Terra.

“É impressionante o quão generalizados são os efeitos da microgravidade no sistema humano”, diz Rosamund. “Há benefícios em compreender e usar o espaço para nos ajudar a aprender sobre a fisiologia humana e, consequentemente, as doenças humanas.”

Chips biológicos

Os cientistas também estão a mudar para uma nova plataforma de investigação que modela a fisiologia humana melhor que os animais: chips de tecidos biológicos. Estes dispositivos, do tamanho de uma pen USB, contêm canais de células banhadas por um líquido que as sustenta. Os chips de tecido normalmente têm uma mistura de células representativas de um órgão humano específico. O fluxo de fluido nos chips é capaz de reproduzir as forças internas de rutura e alargamento do corpo, e as paredes internas de um chip fornecem locais de ancoragem para as células se organizarem e crescerem. Basicamente, os chips comportam-se como um microcosmos do corpo humano interno.

Sonja Schrepfer, imunologista da Universidade da Califórnia, em São Francisco, liderou um esforço colaborativo para lançar a primeira experiência de chips de tecidos na EEI em 2018, ao abrigo da iniciativa Chips de Tecido no Espaço do Centro Nacional para o Avanço de Ciências Translacionais. A investigação de Sonja Schrepfer visa descortinar o envelhecimento do sistema imunitário e perceber se uma imunidade em declínio pode ser rejuvenescida.

Se o espaço despoletar um envelhecimento prematuro, talvez trazer as células de regresso à Terra possa impedir ou reverter essa deterioração, diz Sonja. “Se compreendermos as razões pelas quais isto é reversível, e encontrar esse mecanismo, podemos ativar isso em pacientes.”

O astronauta Scott Kelly teve uma reversão no alongamento dos telómeros após regressar à Terra, e os outros efeitos dos voos espaciais, como a expressão alterada de genes e perda óssea, também desaparecem depois de ter regressado a casa.

Se forem observadas alterações semelhantes nos chips de tecido, a equipa de Sonja Schrepfer pretende identificar um gatilho molecular. A identificação das proteínas e genes envolvidos neste processo pode ajudar os investigadores a desenvolver tratamentos de reversão de envelhecimento para idosos e pacientes com sistemas imunitários invulgarmente lentos. Os investigadores continuam focados no trabalho enquanto se preparam para uma segunda fase de experiências na EEI que tem lançamento agendado para março de 2021.

Uma oportunidade de outro mundo

Graças ao ambiente extremo do espaço, os investigadores podem procurar soluções criativas para melhorar a saúde humana. Alguns dos novos esforços de pesquisa incluem medicamentos de nanopartículas metálicas que induzem as células-tronco a reporem os tecidos ósseos e a apropriação de proteínas de animais microscópicos quase indestrutíveis, chamados Tardigrada, para trabalharem nas células humanas.

Muitas destas terapias são inspiradas pelos esforços que visam aumentar a adaptabilidade dos humanos ao espaço, algo que, por sua vez, poderia ajudar a lidar com muitas das doenças relacionadas com o envelhecimento que assolam a humanidade. Em última análise, os estudos de adaptação ao espaço e os tratamentos anti-envelhecimento ajudam-se mutuamente.

Enquanto isso, há vários astronautas dispostos a enfrentar os riscos ocupacionais da exposição ao espaço. O fascínio da humanidade pelo espaço nunca irá envelhecer, e os astronautas da EEI, apesar dos riscos de saúde que enfrentam, provavelmente encontram gratificação no trabalho que fazem, diz Susan Bailey.

“Muitos [dos astronautas] parece que se estão apenas a divertir a flutuar”, diz Susan. “Mas, como é óbvio, apesar de ser um trabalho árduo, também é uma paixão e uma alegria para eles. E não posso deixar de pensar que isso também pode ajudar a manter o comprimento dos seus telómeros.”
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com.

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