L’hibernation synthétique pourrait fournir une protection contre le rayonnement cosmique

C’est encore un aperçu du futur : les astronautes pourraient être mis en hibernation artificielle et dans cet état être mieux protégés des radiations cosmiques. À l’heure actuelle, il existe déjà des approches prometteuses pour donner suite à ces considérations.

Une équipe de recherche internationale dirigée par le département de biophysique du GSI Helmholtzzentrum à Darmstadt a maintenant trouvé des indications décisives sur les avantages possibles de l’hibernation artificielle pour la résistance aux radiations. Les partenaires de recherche d’Allemagne, du Japon, d’Italie, du Royaume-Uni et des États-Unis ont récemment publié leurs résultats dans Rapports scientifiques.

Les scientifiques appellent l’état dans lequel entrent les animaux en hibernation, la torpeur. Dans cet état, les fonctions vitales d’un organisme sont réduites : la température corporelle est abaissée, le métabolisme est réduit et les fonctions corporelles telles que la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire ou la consommation d’oxygène sont considérablement ralenties.

Au niveau moléculaire, l’activité des gènes et la biosynthèse des protéines sont également réduites à un rythme plus lent. Dans l’étude publiée aujourd’hui sur la torpeur synthétique (c’est-à-dire une sorte d’hibernation produite artificiellement) et la protection contre les rayonnements ionisants, les scientifiques ont mis en évidence des effets biologiques suggérant que la torpeur synthétique augmente la résistance aux rayonnements. Une preuve qui peut être très utile à long terme pour les astronautes.

Le rayonnement spatial est reconnu comme l’un des principaux risques pour la santé de l’exploration spatiale humaine. Les effets nocifs des rayonnements spatiaux constituent un défi majeur, en particulier pour les futures missions à long terme. La majorité de la dose de rayonnement absorbée par les équipages dans les missions interplanétaires habitées est produite par le rayonnement cosmique galactique (GCR), des particules chargées de haute énergie, y compris des ions lourds densément ionisants, produits dans des galaxies lointaines.

L’énergie de ces particules est si élevée que le blindage de l’engin spatial ne peut les arrêter et conduit à des taux d’exposition plus de 200 fois supérieurs au fond de rayonnement sur Terre sur une très longue période. Pour ces raisons, des contre-mesures contre les radiations pour de futures missions sont à l’étude.

« Les liens entre la torpeur et la radiorésistance représentent une approche de recherche très innovante. Nos résultats indiquent que la torpeur synthétique est un outil prometteur pour améliorer la radioprotection des organismes vivants lors de missions spatiales à long terme. Il pourrait donc s’agir d’une stratégie efficace pour protéger les humains lorsqu’ils explorent le système solaire », résume le professeur Marco Durante, chef de la division de biophysique du GSI.

On sait déjà que les animaux qui hibernent naturellement acquièrent une radiorésistance dans cet état. Cependant, l’étude récente est si importante car c’est la première fois qu’un état biologique de type hibernation est induit chez un animal non hibernant (rat) et la radiorésistance aux ions lourds à haute énergie a pu être prouvée.

Dans des expériences au centre médical des ions lourds de l’Université Gunma au Japon, des ions de carbone accélérés ont été utilisés pour simuler le rayonnement dans l’espace. Les autres expériences cellulaires in vitro ont été réalisées sur le campus GSI/FAIR à Darmstadt et faisaient partie de la période expérimentale FAIR Phase 0.

Les principaux résultats de l’équipe de recherche après irradiation et induction d’une torpeur synthétique ont prouvé les hypothèses : L’hibernation synthétique peut avoir des effets protecteurs sur une dose létale d’ions C. De plus, l’hibernation synthétique réduit les dommages aux tissus causés par l’irradiation corporelle totale.

De plus, les scientifiques du GSI ont pu caractériser le mécanisme sous-jacent dans leurs études sur les cellules tissulaires du rat. Ils ont montré qu’une concentration en oxygène plus faible dans les tissus (hypoxie) et un métabolisme réduit à basse température (hypothermie) pouvaient être deux facteurs importants dans la prévention des dommages cellulaires. Les analyses immunohistologiques ont indiqué que la torpeur synthétique épargne le tissu du rayonnement ionique énergétique. De plus, des modifications du métabolisme à basse température pourraient également affecter la réparation de l’ADN.

De nombreuses recherches sont encore nécessaires pour étudier et mieux comprendre l’effet radioprotecteur de la torpeur synthétique dans les organes. Actuellement, il n’est techniquement pas possible d’hiberner un humain de manière sûre et contrôlée. Cependant, les recherches progressent. Ce n’est que récemment que les voies neuronales qui contrôlent la torpeur ont été dévoilées. Maintenant, la publication actuelle ajoute un autre élément important.

Le directeur général scientifique du GSI et du FAIR, le professeur Paolo Giubellino, souligne que le centre international d’accélération FAIR, actuellement en construction au GSI, offrira des opportunités uniques de recherche dans le domaine du rayonnement cosmique.

« Déjà aujourd’hui, l’installation GSI est capable de produire des faisceaux de noyaux lourds tels qu’ils se produisent dans le rayonnement cosmique. Au FAIR, des expériences avec une gamme beaucoup plus large d’énergies et d’intensités de particules seront possibles. Cela permettra aux chercheurs d’étudier les effets du rayonnement cosmique. rayonnement sur les humains et sur l’instrumentation technique, qui sont fondamentalement nécessaires pour rendre possibles les missions humaines sur Mars. Je suis très heureux que l’Agence spatiale européenne ESA coopère avec FAIR depuis de nombreuses années pour favoriser ce domaine de recherche.