En 2033, la NASA et la Chine prévoient d’envoyer les premières missions habitées sur Mars. Ces missions seront lancées tous les deux ans lorsque la Terre et Mars seront aux points les plus proches de leurs orbites (Mars Opposition). Il faudra six à neuf mois à ces missions pour atteindre la planète rouge en utilisant la technologie conventionnelle. Cela signifie que les astronautes pourraient passer jusqu’à un an et demi en microgravité, suivis de mois d’opérations de surface en gravité martienne (environ 40 % de la gravité terrestre). Cela pourrait avoir des conséquences dramatiques pour la santé des astronautes, notamment une atrophie musculaire, une perte de densité osseuse et des effets psychologiques.
À bord de la Station spatiale internationale (ISS), les astronautes maintiennent un programme d’exercices strict pour atténuer ces effets. Cependant, les astronautes n’auront pas la même option pendant leur transit vers Mars puisque leurs véhicules (le Orion vaisseaux spatiaux) ont beaucoup moins de volume. Pour relever ce défi, le professeur Marni Boppart et ses collègues du Beckman Institute for Advanced Science and Technology développent un procédé utilisant des cellules régénératives. Ce travail pourrait aider à garantir que les astronautes arrivent sur Mars en bonne santé, copieux et prêts à explorer !
Boppart est professeur de kinésiologie et de santé communautaire au Beckman Institute et au College of Applied Health Sciences (CAHS) de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign (UIUC). Avant de rejoindre l’UIUC, Boppart était officier et physiologiste aérospatial de l’US Air Force, spécialisé dans les risques sanitaires à haute altitude. Ses recherches actuelles portent sur la perte et le gain musculaire au niveau moléculaire, ce qui, espère-t-elle, mènera à des stratégies de récupération de la force dans des circonstances où la mobilité et l’exercice sont limités.
Cette situation présente des problèmes compte tenu de l’impact que le temps passé en microgravité peut avoir sur le corps humain. Ces effets physiologiques sont bien documentés grâce aux études en cours à bord de l’ISS, comme la fameuse Twins Study de la NASA. Comme Boppart l’a raconté dans un récent communiqué de presse de l’Institut Beckman :
« Les astronautes peuvent perdre jusqu’à 20 % de leur masse musculaire après seulement deux semaines et 1 à 2 % de leur densité minérale osseuse chaque mois. Plus le voyage dans l’espace est long, plus la détérioration des tissus et des systèmes physiologiques du corps humain est importante. Mais même les plus intenses [exercise] les protocoles réalisés dans l’espace ne suffisent pas à surmonter les impacts négatifs de la microgravité. Des alternatives à l’exercice traditionnel, idéalement basées sur les principes de l’exercice, sont nécessaires.
Boppart et ses collègues ont commencé à étudier le pouvoir régénérateur des cellules pour l’exploration spatiale en réponse à une sollicitation d’avancées de la recherche biomédicale pour la santé spatiale (BRASH) par l’Institut de recherche translationnelle pour la santé spatiale (TRISH) – un institut financé par le programme de recherche humaine de la NASA. L’institut a demandé aux chercheurs d’étudier de nouvelles méthodes pour assurer la santé et les performances des astronautes en améliorant les capacités d’entretien et de réparation cellulaire du corps humain. Ces méthodes, ont-ils déclaré, feraient partie des missions d’exploration de longue durée, y compris le programme Artemis de la NASA et les futures missions en équipage vers Mars.
L’architecture de la mission d’Artemis est la Orion vaisseau spatial, qui transportera des équipages de quatre astronautes sur la Lune. Ce programme enverra deux astronautes sur la surface lunaire (Artémis III) pour la première fois depuis le Apollo 17 mission a atterri en 1972. Cependant, l’objectif à long terme d’Artemis est d’établir un programme “d’exploration et de développement lunaires soutenus” qui comprendra la création d’infrastructures – comme le camp de base d’Artemis et la passerelle lunaire – pour faciliter les missions vers Mars dans la décennie à venir.
Les Orion le vaisseau spatial a un volume limité car il a été conçu pour remplir trois fonctions, combinant un dortoir, une salle à manger et une salle de contrôle. Alors que son volume pressurisé total mesure 20 mètres cubes (690,6 pi3), l’espace habitable ne mesure que 9 mètres cubes (316 pi3) en volume. Cela laisse peu de place aux équipements de résistance et d’endurance similaires à ceux auxquels les astronautes ont accès sur l’ISS. Au lieu de cela, Boppart et son équipe se sont concentrés sur l’activité cellulaire qui se produit dans le corps humain pendant et après les périodes d’exercice.
Lorsque nous nous engageons dans des activités anaérobies (soulever des poids) ou aérobies (course à pied, etc.), notre corps réagit par une « réponse au stress ». Cela consiste en des produits chimiques comme les endorphines qui sont libérés dans la circulation sanguine pour stimuler la capacité du corps à rester actif. Certaines de ces charges utiles chimiques sont enveloppées dans une couche protectrice de lipides (cellules graisseuses) appelées vésicules extracellulaires, qui sont nommées pour leur capacité à transférer des produits chimiques réparateurs d’une cellule à l’autre. Boppart et son équipe théorisent que les vésicules extracellulaires et les produits chimiques qu’elles transportent peuvent déclencher les effets réparateurs de l’exercice, même lorsqu’aucun exercice n’a eu lieu.
Pour leurs recherches, Boppart et ses collègues ont reçu une subvention de 1 million de dollars de TRISH, à répartir sur les deux prochaines années. L’objectif général de leur étude est d’utiliser des vésicules extracellulaires générées naturellement (à partir de volontaires) et artificiellement en laboratoire. Lorsqu’elles sont administrées aux astronautes, ces vésicules reproduisent l’effet réparateur de l’exercice chez les astronautes et combattent les effets de la microgravité, le tout sans avoir besoin d’équipement lourd qui prend beaucoup de place. Comme le résume Boppart :
«Lorsque nous faisons de l’exercice, ce ne sont pas seulement nos muscles qui en profitent, mais tous les tissus, y compris le cerveau et la peau. Notre travail parrainé par TRISH testera directement la capacité des vésicules extracellulaires libérées après l’exercice à protéger la santé humaine dans l’espace. Les astronautes sont la population cible de cette étude financée, mais le résultat pourrait potentiellement être utilisé pour prévenir, maintenir ou traiter une variété de conditions associées à l’inactivité et à la désuétude, y compris le vieillissement, l’invalidité ou même la maladie, ce qui serait exceptionnellement satisfaisant.
Lectures complémentaires : Université de l’Illinois
