Sumber utama radiasi di ruang angkasa

Sekelompok ilmuwan internasional dari 20 organisasi dari seluruh dunia, dengan partisipasi spesialis dari Institut Fisika dan Teknologi Moskow (MIPT), telah menyusun daftar acara untuk meningkatkan radioresistensi tubuh manusia . Resistensi terhadap radiasi pengion adalah kondisi yang diperlukan untuk kolonisasi ruang yang berhasil, kata para ilmuwan.

Radioresistensi adalah kekebalan sel, jaringan, organ atau organisme terhadap efek radiasi pengion. Diketahui bahwa banyak organisme hidup di Bumi memiliki radioresistensi yang luar biasa. Misalnya, bakteri dan tardigrades Deinococcus radioduran mampu menahan dosis tertinggi radiasi pengion sekitar 5.000 abu-abu (5 juta rad), yaitu, 5 kilojoule per kilogram massa, sedangkan dosis lebih dari 1000 abu-abu membuat tardigrad tidak subur. Pada saat yang sama, untuk seseorang, hanya 4-10 abu-abu yang dianggap sebagai dosis mematikan . Catatan di antara organisme hidup milik Thermophoccus gammatolerans arkeologi ekstrofil, yang dapat dijamin akan dibunuh hanya dengan radiasi lebih dari 30.000 abu-abu .

Radiasi kosmik dan gayaberat mikro adalah dua faktor utama yang mempengaruhi kesehatan manusia ketika berada di ruang di luar medan magnet pelindung Bumi. Faktor-faktor ini secara signifikan membatasi prospek penerbangan luar angkasa jangka panjang. Harus diakui bahwa kebutuhan untuk melindungi tubuh manusia dari efek berbahaya dari radiasi kosmik diabaikan. Misalnya, Elon Musk merencanakan dimulainya kolonisasi Mars pada tahun 2024, tetapi tidak menyajikan skema perlindungan radiasi yang komprehensif.

Tetapi untuk penerbangan ke luar angkasa, termasuk penerbangan ke Mars, paparan radiasi merupakan salah satu dari beberapa kategori risiko yang tidak dapat diterima , karena total dosis yang diterima oleh astronot tentu akan secara signifikan melebihi batas dosis yang ditetapkan di bawah sistem perlindungan radiasi NASA saat ini . Sesuai dengan paradigma NASA, untuk perjalanan ke Mars , batas maksimum risiko kematian akibat paparan radiasi adalah dalam 3% . Yaitu, dari enam astronot dengan probabilitas 83%, lima (0,97 ^ 6) harus bertahan hidup, dan dari dua belas dengan probabilitas 69%, sebelas (0,97 ^ 12) akan bertahan. Ini adalah hasil yang bisa diterima. Di antara semua kasus fatal, sebagian besar kematian akan datang dari tumor ganas (kanker), kata para analis.

Untuk mencapai angka kematian dalam kisaran normal (3%) atau lebih rendah, perlu untuk memperkenalkan sistem perlindungan tambahan, termasuk konsep bioteknologi baru yang akan menyelesaikan masalah ini dan memberikan peluang untuk memulai era penerbangan berawak ke luar angkasa.

Komponen utama dari radiasi kosmik adalah peristiwa proton matahari (SPS) dan radiasi kosmik galaksi (SCI). Jelas, kontribusi ATP terhadap dosis radiasi total astronot tidak akan signifikan selama misi panjang jauh dari Bumi dan Matahari. Akibatnya, jenis radiasi utama yang berpengaruh pada tubuh adalah GKI, yang sebagian besar terdiri dari partikel berenergi tinggi.

Pada prinsipnya, radiasi pengion berinteraksi di sepanjang jejak partikel bermuatan dengan molekul biologis seperti DNA. Proses ini sebagian besar bersifat stokastik dan dapat merusak DNA melalui interaksi langsung (mis., Ionisasi dan eksitasi) atau melalui interaksi tidak langsung, seperti produksi spesies oksigen reaktif sebagai hasil radiolisis molekul air.

Menurut perkiraan saat ini , perjalanan ke Mars dan kembali akan membuat para astronot terkena radiasi dengan dosis 660 mSv. Meskipun ada ketidakpastian besar mengenai penilaian risiko kesehatan (kanker) dari paparan radiasi kosmik, dosis ini saja membuat lebih dari setengah dari batas total paparan untuk seluruh karir astronot NASA, yang ditetapkan pada 800-1200 mSv . Jelas, sesuai dengan prinsip-prinsip perlindungan radiasi saat ini, misi yang lebih lama tidak akan dapat diterima orang dalam hal risiko kanker.

European Space Agency (ESA) saat ini sedang melakukan penelitian intensif tentang kemungkinan penerbangan jarak jauh. Mengingat bahwa penerbangan akan dilakukan terutama di bawah kendali sistem otomatis, di mana partisipasi astronot praktis tidak diperlukan, awak ruang angkasa benar-benar akan ditahan selama berbulan-bulan tanpa pekerjaan. Situasi seperti itu bisa berbahaya, terutama bagi para astronot itu sendiri. Oleh karena itu, ESA percaya bahwa lebih bijaksana untuk membenamkan orang dalam animasi yang ditangguhkan (hibernasi, yaitu, hibernasi). Saat ini, ESA telah meluncurkan proyek Aurora, yang sedang mempertimbangkan opsi hibernasi kru . Para ilmuwan bermaksud menggunakan mekanisme biologis yang akan memungkinkan kru untuk tidur dan dengan demikian mengurangi metabolisme tubuh seminimal mungkin.

Perlu ditekankan bahwa gagasan kemungkinan hibernasi selama penerbangan jarak jauh juga diselidiki di Uni Soviet pada tahun 1969, tetapi, sayangnya, setelah kematian kepala program luar angkasa Soviet Sergey Korolev, proyek misi berawak Soviet ke Mars ditutup, dan semua pekerjaan yang berkaitan dengannya implementasi dihentikan. Hasil penelitian ini termasuk data tentang hiperresistensi terhadap berbagai faktor yang merusak, termasuk dosis mematikan radiasi pengion, kelebihan fatal jangka panjang dan hipoksia pada tikus (lihat buku "Hypobiosis dan Cryobiosis: Masa Lalu, Sekarang dan Masa Depan" oleh Nikolai Nikolaevich Timofeev, MD, spesialis di bidang penerbangan dan kedokteran luar angkasa, kepala laboratorium nanocytophysiology dari Institut Nanoteknologi dari Dana Internasional untuk Konversi).

Ada teori bahwa radioresisten dapat dilatih dengan pra-penyinaran tubuh dengan dosis kecil radiasi pengion. Telah ditetapkan dengan baik bahwa penahan radio dapat diatur secara genetik dan diwariskan pada setidaknya beberapa organisme. Ada juga obat - obatan dengan sifat radioprotektif:

• persiapan id: Ex-Rad (ON 01210.Na), yang merupakan garam natrium dari 4-carboxystyryl-4-chlorobenzylsulfone;
• id: CBLB502;
• amifostine (id: amifostine) 'WR2721';
• filgrastim (id: Filgrastim) ('Neupogen');
• pegfilgrastim (id: Pegfilgrastim) ('Neulasta');
• asam kojic.

Makalah yang diterbitkan memuat daftar cara yang mungkin untuk mengurangi risiko kesehatan para astronot dari radiasi pengion. Para ilmuwan menawarkan beberapa pendekatan: seleksi medis dari kandidat yang tahan radiasi radioresisten (dan keturunannya kepada siapa gen ditransmisikan), teknologi regenerasi jaringan dan terapi sel, rekayasa genetika, terapi gen, evolusi eksperimental, hibernasi, biobanking, dll.


Cara untuk mengurangi risiko kesehatan dari radiasi ruang selama perjalanan ruang angkasa

Belum ada layar

Karena energi yang sangat tinggi dari partikel bermuatan HKI, mereka dengan mudah menembus bahan pelindung pasif. Terlepas dari kenyataan bahwa teknologi perisai aktif juga sedang dipelajari, kemajuan signifikan belum dicapai dalam mengurangi fluks GKI secara signifikan ke tingkat yang sesuai untuk penerbangan ruang angkasa manusia yang berkepanjangan (lihat analisis untuk mengevaluasi efektivitas semua opsi perlindungan aktif yang mungkin ).

Dalam hal ini, penting untuk mempelajari berbagai prospek untuk meningkatkan radioresistensi manusia menggunakan kemajuan terbaru dalam bioteknologi. Jadi, apa sajakah cara para ilmuwan dapat meningkatkan radioresistensi?

Cara untuk meningkatkan radioresistensi pada manusia

1. Melakukan perubahan genetik menggunakan teknologi terobosan dalam pengeditan gen dalam kombinasi dengan pengetahuan modern tentang jalur molekuler untuk menangkal kerusakan DNA yang disebabkan oleh radiasi.
2. Obat regeneratif.
3. Adaptasi radio dosis rendah.
4. Penggunaan senyawa organik yang dideuterasi.
5. Biostasis (perlambatan signifikan dari semua proses vital dalam tubuh).

Kombinasi dari semua metode ini dimungkinkan.

Selain itu, banyak perhatian diberikan dalam karya ilmiah ini untuk perlindungan radio. Beberapa gagasan berpotensi digunakan untuk mengurangi efek buruk perjalanan ruang angkasa yang lama, seperti kerusakan otot dan tulang, kata para penulis. Bioteknologi yang dideskripsikan seperti rekayasa genetika, kedokteran regeneratif, biostasis, dan tidur kriogenik di masa depan mungkin menemukan aplikasi tidak hanya dalam astronotika, tetapi juga dalam kedokteran terestrial, termasuk untuk memperpanjang kehidupan manusia.

“Dalam makalah ini, kami mengeksplorasi opsi yang dapat diamati yang dapat digunakan untuk meningkatkan stabilitas biomedis manusia untuk eksplorasi ruang angkasa dan kolonisasi. Ini juga berusaha mengidentifikasi hubungan antara penuaan, umur panjang, dan radioresistensi, dan mengeksplorasi cara-cara di mana studi untuk meningkatkan radioresistensi manusia secara sinergis dapat meningkatkan kesehatan masyarakat. Pada akhirnya, kami mempelajari bagaimana bekerja di bidang penelitian kedirgantaraan yang didanai dengan baik dapat mendorong kemajuan dalam gerontologi biomedis, yang menderita kekurangan dana yang parah meskipun kesulitan ekonomi yang serius disebabkan oleh penuaan demografis, ” kata Franco Cortese, penulis utama karya ilmiah, wakil direktur Yayasan Penelitian Biogerontologi.

"Peta jalan ini meletakkan dasar untuk meningkatkan biologi manusia di luar batas alami kita untuk memastikan tidak hanya harapan hidup yang panjang dan ketahanan terhadap penyakit, tetapi juga keamanan selama eksplorasi ruang angkasa di masa depan," kata João Pedro de Magalhães ), rekan penulis artikel, wali amanat Yayasan Riset Biogeronologi.

Cepat atau lambat, kita harus melakukan ini - untuk meninggalkan Bumi dan pergi ke luar angkasa, kata Dmitry Klokov, kepala bagian radiobiologi dan kesehatan di laboratorium nuklir Kanada, salah satu penulis karya ilmiah. Perjalanan seperti itu di luar magnetosfer terestrial akan menyebabkan bahaya besar bagi kesehatan astronot karena efek radiasi kosmik. Karena itu, lebih baik mulai berpikir terlebih dahulu tentang bagaimana kita akan mengatasi tugas ini.

Artikel ilmiah ini diterbitkan pada 6 Maret 2018 di jurnal Oncotarget (doi: 10.18632 / oncotarget.24461).