Para estudiar el envejecimiento, los científicos recurren al espacio exterior

Los viajes espaciales inducen cambios corporales que son muy similares al envejecimiento, lo que aporta una vía única para impulsar la investigación médica.

Por Shi En Kim
Publicado 3 dic 2020 13:49 CET
Scott Kelly y Mark Kelly

Los exastronautas de la NASA y gemelos idénticos Scott Kelly (derecha) y Mark Kelly. Scott pasó un año en la EEI entre 2015 y 2016 mientras Mark se quedaba en la Tierra, lo que permitió a los científicos estudiar los efectos de vivir en el espacio en el cuerpo de Scott y comparar los cambios con el de Mark.

Fotografía de ROBERT MARKOWITZ, NASA

Como sabrá cualquiera que haya pasado la mediana edad, el proceso de envejecer puede resultar duro para el cuerpo humano. Los huesos empiezan a perder calcio, los músculos empiezan a consumirse, el sistema inmunitario se debilitapuede afectarte la artritisLa mala postura y el mal equilibrio afectan a tu forma de moverte por el mundo y las cataratas y el deterioro de la vista alteran tu forma de verlo. Hacia el final de la vida, una persona puede sufrir problemas cardíacos y deterioro de la función cognitiva.

Sin embargo, estos síntomas también pueden ser la consecuencia de algo menos habitual: los viajes espaciales.

Los vuelos espaciales influyen en la biología de formas drásticas y las personas que viajan al espacio parecen sufrir los efectos del envejecimiento más rápido que las personas que se quedan en la Tierra. Ahora, los científicos comprenden mejor que nunca la influencia de los viajes espaciales en los seres vivos. Un conjunto de 29 estudios publicados recientemente en las revistas Cell, Cell Reports, iScience, Cell Systems y Patterns examina los peligros biológicos del vuelo espacial en 56 astronautas, más del 10 por ciento de todas las personas que han viajado al espacio.

Los astronautas de la NASA Terry Virts (derecha) y Scott Kelly realizan experimentos para la Rodent Research-2, una investigación comercial sobre los efectos del vuelo espacial en los músculos, esqueletos y sistemas nerviosos de los ratones iniciada en la EEI el 14 de abril de 2015.

Fotografía de NASA

Los nuevos estudios nos acercan más a identificar los mecanismos subyacentes de las reacciones biológicas a la vida en el espacio. Más de 200 científicos han demostrado que el espacio cambia drásticamente los genes, la función mitocondrial y los equilibrios químicos de las células y desencadena una cascada de efectos en la salud de los humanos y los animales que viajan al espacio.

«Todo el cuerpo se ve afectado, porque [el espacio] es un entorno muy diferente y extremo», afirma Susan Bailey, radióloga de la Universidad Estatal de Colorado que participó en varios estudios.

Los efectos en la salud asociados a los vuelos espaciales tienen varias similitudes con las enfermedades relacionadas con el envejecimiento, como el cáncer y la osteoporosis. Aunque los paralelismos de los vuelos espaciales con el envejecimiento preocupan en el caso de las misiones tripuladas a largo plazo —como las que se necesitarían para viajar a Marte—, la singularidad del entorno espacial también presenta una oportunidad única para estudiar la fisiología del envejecimiento.

Se estima que el corazón, los vasos sanguíneos, los huesos y los músculos se deterioran más de 10 veces más rápido en el espacio que mediante el envejecimiento natural. Esto quiere decir que, para estudiar el proceso de envejecimiento, los científicos no tienen que esperar a que sus sujetos biológicos maduren de forma natural en la Tierra. Pueden aprovechar los efectos acelerados sobre la salud realizando experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI).

Los científicos insisten en que los síntomas de los viajes espaciales no son exactamente iguales al envejecimiento y muchos cambios se invierten una vez los astronautas regresan a la Tierra, pero las comparaciones son útiles. El vuelo espacial es una experiencia inmersiva que no perdona a ningún viajero, mientras que todo terrícola pasa por el proceso de envejecimiento, le guste o no. Como tal, la vida en el espacio es un buen modelo para comprender el envejecimiento como proceso crónico, señala Bailey. El mundo yermo del espacio exterior podría incluso revelar nuevas formas de protegernos contra el proceso de hacernos mayores.

El Hábitat de Roedores de la NASA, que vemos aquí con una de las dos puertas de acceso abiertas, proporciona un entorno a largo plazo para los roedores a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Fotografía de Dominic Hart, NASA

Una dosis de espacio

Toda la vida de nuestro planeta ha evolucionado con la gravedad y las condiciones terrestres, así que no estamos preparados para vivir en ningún otro tipo de entorno. El espacio afecta a cada célula de formas diferentes, señala Michael Roberts, científico jefe interino del Laboratorio Nacional de la EEI. «No es una sola exposición intensa a agentes tóxicos, por ejemplo; es algo a largo plazo, crónico y persistente». Añade que vivir en el espacio resetea los niveles de equilibrio del cuerpo para funcionar de forma óptima, lo que reinicia las normas fisiológicas de la respuesta celular.

En microgravedad, el corazón, los huesos y los músculos no necesitan esforzarse tanto como en la Tierra, así que languidecen por el desuso. Los líquidos también fluyen de otra forma en el espacio y esto puede cambiar las formas de los tejidos llenos de fluidos, como los del cerebro. La mayor radiación de fondo fuera de la atmósfera terrestre también puede dañar el ADN y aumentar el riesgo de cáncer. Incluso los niveles de dióxido de carbono ligeramente más altos de la EEI pueden afectar a la fisiología de un astronauta.

La nueva investigación sobre los efectos de los vuelos espaciales en la salud refleja los hallazgos de los exhaustivos estudios sobre la salud de los astronautas gemelos Scott y Mark Kelly. El NASA Twins Study contó con 10 equipos de investigación que analizaron los cambios moleculares y fisiológicos que experimentó Scott durante y después de un año en el espacio. Los investigadores compararon los cambios de Scott con su gemelo idéntico Mark, que se quedó en la Tierra durante ese periodo.

A partir de más de 300 muestras biológicas, los equipos catalogaron una serie de diferencias corporales en los astronautas gemelos, como los cambios en las expresiones genéticas, los microbiomas, las funciones cognitivas y los sistemas vasculares de los astronautas.

En el Twins Study, Bailey descubrió algo asombroso: la longitud de los telómeros de Scott había cambiado. Los telómeros se encuentran en los extremos de los cromosomas y los protegen de los daños, como los herretes de plástico que previenen el desgaste de los cordones de los zapatos. Bailey explica que son un buen indicador del envejecimiento porque su longitud se ve afectada por todos los aspectos de la vida terrícola, como nuestra dieta, estilo de vida e incluso el bienestar mental. Los telómeros se acortan a medida que envejecemos y la rapidez de este acortamiento es un marcador de salud importante.

Durante el tiempo que pasó Scott en el espacio, los científicos observaron un alargamiento inusual de sus telómeros. Sin embargo, al volver a la Tierra, enseguida se acortaron. «Aunque eran más largos durante el vuelo espacial, acabó teniendo telómeros más cortos que los que tenía antes», afirma Bailey.

«La alteración de la longitud de los telómeros se ha asociado a cosas como las enfermedades cardiovasculares, sobre todo los telómeros cortos», añade. Sin embargo, los telómeros alargados de Scott durante el tiempo que pasó en el espacio tampoco son una buena señal. «Los telómeros más largos también están vinculados al cáncer. No hay forma de ganar en este juego».

Por revelador que fuera el Twins Study, el tamaño de la muestra era de uno: Scott Kelly, comparado con su gemelo Mark como control. Ahora, los investigadores han confirmado los hallazgos del estudio —incluidos los cambios en los telómeros— examinando a decenas de astronautas que han pasado meses en el espacio. Al igual que en el Twins Study, los investigadores documentaron una serie de cambios fisiológicos e intentaron identificar los mecanismos, como las proteínas o genes específicos, que los causaban.

Algunos de los síntomas de los vuelos espaciales parecen estabilizarse tras pasar una cantidad de tiempo determinada en órbita, como la disminución del volumen de la sangre y los cambios en el corazón y los pulmones. Pero los astronautas no han vivido el tiempo suficiente en la EEI como para que los científicos aseguren que estos cambios corporales alcanzarán un estado constante.

«Ahora tenemos algunos estudios de base, pero es demasiado pronto para saberlo», apunta Bailey.

De ratones y músculos

El espacio también es un entorno idóneo para que los científicos estudien candidatos a medicamentos asociados con el envejecimiento. En un estudio reciente, un equipo de investigación de la empresa farmacéutica estadounidense Eli Lilly probó si un medicamento de anticuerpos podía prevenir la pérdida de masa muscular en la EEI. (La empresa también fabrica un tratamiento de anticuerpos que recientemente recibió la aprobación de emergencia de la FDA para tratar la COVID-19.) El grupo aprovechó el entorno biológicamente estresante del espacio para inducir atrofia muscular como la que ocurre con el envejecimiento y el cáncer.

«En el espacio, todo el cuerpo del animal está sometido a los efectos de la microgravedad», dice Rosamund Smith, bióloga celular jubilada de Eli Lilly que dirigió la investigación. Un experimento de envejecimiento análogo en la Tierra consistiría en criar ratones en un entorno de ingravidez suspendiéndolos con arneses por las patas traseras o esperar a que los ratones envejecieran. Pero los métodos de envejecimiento artificial en la Tierra no proporcionan una experiencia de cuerpo completo que afecte a todos los músculos al mismo tiempo, señala Smith.

Los investigadores de Eli Lilly confirmaron que el espacio encoge y debilita los músculos de los ratones que viven en la EEI, lo que concuerda con observaciones previas en astronautas. Inyectar el medicamento de anticuerpos en los ratones preservaba los músculos. Estos medicamentos podrían contrarrestar los efectos perniciosos de la microgravedad en los astronautas durante misiones tripuladas más largas y utilizarse como tratamientos en la Tierra.

«Es asombroso lo extensos que son los efectos de la microgravedad en el sistema humano», afirma Smith. «Entender y utilizar el espacio para aprender sobre la fisiología humana y, por consiguiente, las enfermedades humanas, tiene sus beneficios».

Chips biológicos

Los científicos también han empezado a utilizar una nueva plataforma de investigación que imita la fisiología humana mejor que los animales: los chips de tejido. Estos dispositivos USB contienen cámaras y canales de células bañadas en un alimento líquido. Los chips de tejido suelen albergar una mezcla de células que representan un órgano humano específico. La circulación de fluido en los chips puede reproducir las fuerzas internas de cizallamiento y estiramiento del cuerpo y las paredes interiores de un chip proporcionan anclajes para que las células se coloquen y se desarrollen. Básicamente, los chips de tejido se comportan como un microcosmos del interior del cuerpo humano.

Sonja Schrepfer, inmunóloga de la Universidad de California, San Francisco, dirigió un proyecto colaborativo para poner en marcha el primer experimento con chips de tejido en la EEI en 2018 con la iniciativa Tissue Chips in Space del National Center for Advancing Translational Sciences. La investigación de Schrepfer pretende arrojar luz sobre el envejecimiento del sistema inmunitario y sobre si la inmunidad debilitada puede rejuvenecerse.

Si el espacio provoca envejecimiento prematuro, entonces quizá traer células del espacio apague o invierta el deterioro, señala Schrepfer. «Si entendemos por qué es reversible y encontramos ese mecanismo, podemos activarlo en los pacientes».

El alargamiento de los telómeros de Scott Kelly se invirtió tras volver a la Tierra y otros efectos de los vuelos espaciales, como la expresión genética alteradala disminución de la masa ósea, también desaparecen cuando los astronautas vuelven a casa.

Si observa cambios similares en sus chips de tejidos, el equipo de Schrepfer quiere buscar un desencadenante molecular. Identificar las proteínas y los genes implicados podría ayudar a los investigadores a desarrollar tratamientos para invertir el envejecimiento en personas mayores y pacientes con sistemas inmunitarios anormalmente debilitados. Los investigadores siguen trabajando mientras se preparan para una segunda ronda de experimentos de la EEI, que se lanzará en marzo de 2021.

Una oportunidad de otro mundo

Gracias al entorno extremo del espacio, los investigadores pueden buscar soluciones creativas para reforzar la salud humana. Algunas iniciativas de investigación incluyen medicamentos en nanopartículas metálicas que persuaden a las células madre para reponer los tejidos óseos y utilizar las proteínas de unos animales microscópicos casi indestructibles llamados tardígrados para que funcionen en células humanas.

Muchos de estos tratamientos se basan en los esfuerzos para mejorar la adaptabilidad de los humanos en el espacio, lo que a su vez podría abordar muchas de las enfermedades vinculadas al envejecimiento que afectan a la humanidad. En última instancia, los estudios sobre adaptaciones espaciales y tratamientos antienvejecimiento se ayudarán mutuamente.

Entre tanto, hay muchos astronautas dispuestos a afrontar los riesgos profesionales de la vida en el espacio. La fascinación de la humanidad con el espacio nunca pasará de moda y los astronautas de la EEI probablemente encuentren alegría en su trabajo a pesar de los riesgos para la salud, afirma Bailey.

«La mayoría [de los astronautas] parecen pasárselo genial flotando por ahí», afirma. «Aunque, por supuesto, es mucho trabajo, para ellos es una pasión y una alegría. Y no puedo evitar pensar que eso también podría contribuir a mantener la longitud de los telómeros».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.

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