L’osteoporosi è una patologia ben nota, caratterizzata dalla diminuzione della densità ossea e dall’aumento del rischio di fratture, che oggi rappresenta una sfida significativa sia sulla Terra che nello spazio.

Gli ambienti di microgravità sperimentati dagli astronauti durante le missioni spaziali ci offrono però un’opportunità unica per studiare i meccanismi della perdita ossea e sviluppare nuove strategie terapeutiche.​

Microgravità e osteoporosi: meccanismi di perdita ossea

La microgravità influisce profondamente sul sistema muscolo-scheletrico umano.

In condizioni “normali” (ossia terrestri), le ossa vengono costantemente sottoposte a carichi gravitazionali, che ne stimolano il rimodellamento e il mantenimento della densità.

In assenza di gravità, come avviene nello spazio quindi, tale stimolazione è assente e comporta una riduzione significativa della densità minerale ossea (BMD).

Alcuni studi hanno evidenziato che gli astronauti possono perdere dall’1% al 2% della BMD al mese durante le missioni spaziali, un tasso nettamente superiore rispetto alla perdita ossea causata dall’’osteoporosi legata all’età sulla Terra .​

La perdita ossea in microgravità è principalmente attribuibile a un aumento dell’attività degli osteoclasti, le cellule responsabili del riassorbimento osseo, e a una diminuzione dell’attività degli osteoblasti, le cellule che formano nuovo tessuto osseo.

Tale squilibrio porta a una perdita netta di massa ossea, particolarmente evidente nelle ossa portanti come il femore e la tibia .​

Astronauti nello spazio e osteoporosi: studi e dati empirici

Numerosi studi hanno già documentato gli effetti della microgravità sulla salute ossea degli astronauti.

Ad esempio, una meta-analisi ha rilevato che la perdita ossea varia tra gli individui e tra le diverse regioni scheletriche, in cui le ossa portanti subiscono le maggiori perdite.

Inoltre, è stato osservato che, dopo il ritorno sulla Terra, il recupero della densità ossea è spesso incompleto, suggerendo cambiamenti potenzialmente irreversibili nella microarchitettura ossea.

Un ulteriore caso emblematico è stato rappresentato dagli astronauti Butch Wilmore e Suni Williams, che hanno recentemente trascorso nove mesi sulla Stazione Spaziale Internazionale.  Al loro ritorno, hanno dovuto affrontare una lunga serie di sfide legate alla salute ossea e muscolare, portando ancora una volta l’attenzione sull’importanza di strategie efficaci, per mitigare la perdita ossea durante le missioni spaziali prolungate.

Densità ossea e viaggi nello spazio: strategie di mitigazione

Per contrastare la perdita ossea in microgravità, gli astronauti seguono regimi di esercizio fisico intensivo, utilizzando dispositivi come tapis roulant e macchine a resistenza .

Tuttavia, l’esercizio da solo non basta!

Spesso entrano in gioco agenti farmacologici, come i bisfosfonati, per prevenire la perdita ossea.

I bisfosfonati agiscono inibendo l’attività degli osteoclasti, riducendo così il riassorbimento osseo. Ricerche condotte su astronauti hanno suggerito che la combinazione di esercizio fisico e bisfosfonati può essere efficace nel mantenere la densità ossea durante le missioni spaziali.

Inoltre, studi più recenti hanno preso in considerazione l’uso della melatonina come potenziale agente per prevenire la perdita ossea in microgravità. Esperimenti effettuati su pesci rossi, durante i voli spaziali, hanno indicato che la melatonina potrebbe realmente aumentare i livelli di calcitonina, ormone che inibisce l’attività degli osteoclasti, suggerendo un possibile ruolo nella protezione della massa ossea durante i viaggi spaziali.

Nuove cure per l’osteoporosi basate sull’esperienza degli astronauti

Le scoperte fatte nello spazio stanno conducendo allo sviluppo di nuovi trattamenti per l’osteoporosi anche sulla Terra.

Un esempio significativo è il composto BP-NELL-PEG, sviluppato dall’UCLA Health. Questo farmaco è stato testato su topi a bordo della Stazione Spaziale Internazionale e ha dimostrato di prevenire efficacemente la perdita ossea indotta dalla microgravità. I topi trattati hanno infatti mantenuto la densità ossea, mentre quelli non trattati ne hanno subito una significativa perdita.

Questi risultati suggeriscono che il BP-NELL-PEG potrebbe rappresentare una terapia promettente non solo per gli astronauti, ma anche per i pazienti terrestri affetti da osteoporosi. Ulteriori studi clinici saranno però ovviamente necessari per valutare l’efficacia e la sicurezza di tale trattamento sull’uomo.​

Studi anti-osteoporosi condotti nello spazio: progetti e risultati

La Stazione Spaziale Internazionale ha ospitato numerosi esperimenti volti a comprendere meglio l’osteoporosi e a sviluppare contromisure efficaci.

Ad esempio, il progetto “Rodent Research” ha utilizzato modelli murini per studiare i meccanismi molecolari della perdita ossea in microgravità e testare potenziali terapie.

La ricerca ha evidenziato che la perdita ossea in microgravità comporta cambiamenti non solo nella densità, ma anche nella microarchitettura dell’osso, rendendolo più fragile e meno resistente anche dopo un apparente recupero della densità al ritorno sulla Terra.

Questo ha spinto numerosi team scientifici a studiare i processi cellulari e genetici coinvolti.

Uno degli esperimenti più importanti è stato Rodent Research-4, un progetto realizzato con la collaborazione della NASA e di varie università, che ha esaminato l’effetto della microgravità sull’attività osteoblastica e osteoclastica in topi modificati geneticamente.

I ricercatori hanno osservato un’attivazione accelerata del percorso RANK/RANKL, fondamentale per il riassorbimento osseo, confermando il modello di osteoporosi spaziale come accelerazione dei processi catabolici dell’osso.

Il programma MELFI (Minus Eighty Degree Laboratory Freezer for ISS) ha invece permesso la conservazione a lungo termine di campioni biologici raccolti in orbita per successivi studi a terra. Ciò ha fornito dati preziosi per comprendere come la perdita ossea progredisca anche nei mesi successivi al rientro, suggerendo l’esistenza di un “effetto memoria” nella fisiologia scheletrica post-volo.

Implicazioni cliniche sulla terra: osteoporosi dallo spazio alla sanità pubblica

Le conoscenze acquisite dalle missioni spaziali stanno quindi rivoluzionando l’approccio clinico alla prevenzione e al trattamento dell’osteoporosi sulla Terra.

Oltre allo sviluppo di farmaci innovativi, i dati raccolti stanno alimentando algoritmi predittivi per il rischio fratturativo, utili nei programmi di prevenzione per anziani, donne in menopausa e pazienti oncologici trattati con terapie ormonali.

Inoltre, la comprensione del ruolo dell’inattività fisica nella perdita ossea ha stimolato la progettazione di nuovi protocolli di riabilitazione e fisioterapia, incluso l’uso di vibrazioni meccaniche e macchine per la stimolazione elettromagnetica.

La ricerca spaziale non è più quindi solo una frontiera per l’esplorazione dell’universo, ma un potente alleato per affrontare patologie diffuse, come l’osteoporosi.

Le condizioni estreme dell’ambiente spaziale offrono un modello accelerato e amplificato dei processi degenerativi, consentendo ai ricercatori di testare ipotesi, identificare biomarcatori e sviluppare trattamenti con una velocità impensabile sulla Terra.

Oggi, le cure anti-osteoporosi nate nello spazio sono una realtà tangibile, e i futuri progressi promettono ulteriori scoperte che potranno cambiare la medicina preventiva e rigenerativa per milioni di persone.