Quale è l'importanza dell'astrofarmacia?
Negli ultimi anni le agenzie spaziali stanno lavorando molto per ampliare gli attuali confini del volo spaziale umano con missioni anche su Marte. La ricerca nell’ambito dell'astrofarmacia contribuisce a rendere l'esplorazione umana nello spazio sicura e accessibile. L’astrofarmacia si occupa dello sviluppo di farmaci e trattamenti medici utilizzabili in condizioni di microgravità e valuta la sicurezza di questi nello spazio. Di questi temi se ne parla già dagli anni 60, in corrispondenza delle prime missioni spaziali, ed epoca a cui risalgono le prime pubblicazioni scientifiche1.
Quali sono le categorie di farmaci più importanti e più usate durante una missione spaziale con equipaggio umano?
Nello spazio i farmaci servono sia per il trattamento di sintomi che si possono verificare comunemente che per eventuali situazioni di emergenza come traumi ed emorragie2. Nei kit medici forniti agli astronauti, in particolare, vengono inclusi farmaci per trattare disturbi del sonno, allergie, cinetosi spaziale, nausea, dolore e congestione sinusale3.
Ci sono esempi dell’uso di questi farmaci?
I farmaci più utilizzati da 24 membri di equipaggio americani, di 20 voli spaziali della durata superiore a 30 giorni, sono stati zolpidem e zaleplon per il trattamento dell’insonnia ed ibuprofene, paracetamolo ed aspirina per il trattamento di dolori articolari ed osteo-muscolari e per il mal di testa. In aggiunta, gli astronauti utilizzano preparati topici a base di corticosteroidi, antistaminici e antiinfettivi per prevenire o trattare condizioni come l’eruzione cutanea4. Infine, per gli astronauti che trascorrono lunghi periodi nello spazio, con perdita fino al 10% della densità minerale ossea5, è utile l’assunzione di vitamina D, calcio e bifosfonati6.
Che ruolo possono avere i farmacisti per una esplorazione spaziale sostenibile?
Le possibili funzioni del farmacista sono molteplici sia prima che durante la missione spaziale. Per esempio, la preparazione di kit medici d'emergenza e di convenienza prima della partenza, la progettazione di regimi di dosaggio basati sulla farmacocinetica e farmacodinamica ed il supporto in attività di ricerca sulle risposte alla terapia farmacologica nel contesto di studi clinici durante le missioni spaziali2. Inoltre, la presenza di un esperto del settore contribuisce ad alleviare le preoccupazioni legate alle condizioni di vita diverse da quelle terrestri e alle modifiche fisiologiche che essi sperimentano7.
Come cambia la farmacocinetica e la farmacodinamica dei farmaci nello spazio?
Il volo spaziale comporta alterazioni nella fisiologia umana con conseguenti modifiche farmacocinetiche, come assorbimento, distribuzione, metabolismo ed escrezione del farmaco, e farmacodinamiche, cioè l’effetto farmacologico in risposta all’interazione del farmaco con il suo specifico bersaglio molecolare. Tutto ciò può inevitabilmente avere un impatto sull’efficacia e sulla sicurezza dei farmaci.
Come si modifica l’assorbimento?
Per i farmaci somministrati per via orale, l'assorbimento può essere modificato dal ritardo dello svuotamento gastrico e rallentamento del transito intestinale causato dalle condizioni di microgravità, dalla cinetosi spaziale e dalla interazione con i farmaci utilizzati per gestire la nausea, con la conseguenza della riduzione dei livelli plasmatici del farmaco.
E la distribuzione?
Lo spostamento di fluidi corporei verso la testa e la diminuzione del volume plasmatico possono influenzare invece il volume di distribuzione dei farmaci assunti, modificandone potenzialmente la risposta clinica.
Valgono anche per il metabolismo le stesse ragioni?
Si certo. Le variazioni nel flusso sanguigno possono alterare il metabolismo epatico e l'attività enzimatica di biotrasformazione del fegato, con il rischio di aumentare o diminuire significativamente le concentrazioni ematiche del farmaco. Tali modifiche si possono rispettivamente tradurre in una aumentata tossicità o ridotta efficacia del farmaco.
E invece l’eliminazione da cosa è influenzata?
Qui intervengono la microgravità, i cambiamenti nutrizionali e la disidratazione che possono provocare modifiche nell'escrezione urinaria dei farmaci.
Ci sono modifiche anche del bersaglio farmacologico?
Per quanto riguarda i cambiamenti nella farmacodinamica, sono disponibili dati molto limitati sull’effetto dell’ambiente spaziale. La microgravità potrebbe alterare la funzione di alcuni canali ionici specifici e ciò può influenzare la risposta clinica di molti farmaci che agiscono direttamente o indirettamente su tali canali ionici8.
Allora dobbiamo aspettarci problemi di salute e sicurezza usando farmaci nello spazio?
L'efficacia e la sicurezza dei farmaci nello spazio dipendono anche dalla loro stabilità e conservazione. Le missioni spaziali presentano fattori ambientali e fisici unici, tra cui microgravità, vibrazioni e radiazioni intense, umidità e temperatura variabili, che possono contribuire in modo significativo all'instabilità dei prodotti farmaceutici.
Quali sarebbero i rischi di instabilità dei farmaci nello spazio?
In dettaglio, si può verificare: a) un'instabilità chimica, derivante da reazioni chimiche indesiderate, che può causare la perdita di efficacia dei principi attivi, l’alterazione degli eccipienti o la formazione di prodotti di degradazione tossici; b) un’instabilità fisica che si manifesta attraverso cambiamenti nell'aspetto, nella viscosità, nella forma, nelle proprietà organolettiche e nel pH dei farmaci che potrebbero compromettere la sicurezza stessa dei farmaci9,10.
Esistono percorsi universitari che propongono lo studio di materie come l'astrofarmacia?
In Italia, pochi atenei propongono lo studio di materie come l’astrofarmacia. Tra questi vi sono l’Università degli Studi di Padova con un corso di perfezionamento “MAS - Medicina Aeronautica e Spaziale” e l’Università degli Studi di Napoli Federico II con un Master di II livello in medicina aerospaziale.
Inoltre, proprio all’Università di Verona, già a partire dagli anni ’90, il Professore di farmacologia Giampaolo Velo si era interessato alla space pharmacology come nuova frontiera della farmacologia.
BIBLIOGRAFIA:
1Schmidt CF, Lambertsen CJ. PHARMACOLOGY IN SPACE MEDICINE. Annu Rev Pharmacol. 1965;5:383-404. doi: 10.1146/annurev.pa.05.040165.002123. PMID: 14287889.
2Aziz, S., Raza, M. A., Noreen, M., Iqbal, M. Z., & Raza, S. M. (2022). Astropharmacy: Roles of Pharmacist in Space. Innovations in pharmacy, 13(3), 10.24926/iip.v13i3.4956. https://doi.org/10.24926/iip.v13i3.4956
3Hodkinson, P. D., Anderton, R. A., Posselt, B. N., & Fong, K. J. (2017). An overview of space medicine. British journal of anaesthesia, 119(suppl_1), i143–i153. https://doi.org/10.1093/bja/aex336
4Wotring V. E. (2015). Medication use by U.S. crewmembers on the International Space Station. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology, 29(11), 4417–4423. https://doi.org/10.1096/fj.14-264838
5Grimm D, Grosse J, Wehland M, Mann V, Reseland JE, Sundaresan A, Corydon TJ. The impact of microgravity on bone in humans. Bone. 2016 Jun;87:44-56. doi: 10.1016/j.bone.2015.12.057. Epub 2016 Mar 24. PMID: 27032715.
6Genah, S., Monici, M., & Morbidelli, L. (2021). The Effect of Space Travel on Bone Metabolism: Considerations on Today's Major Challenges and Advances in Pharmacology. International journal of molecular sciences, 22(9), 4585. https://doi.org/10.3390/ijms22094585
7Sawyers, L., Anderson, C., Boyd, M. J., Hessel, V., Wotring, V., Williams, P. M., & Toh, L. S. (2022). Astropharmacy: Pushing the boundaries of the pharmacists' role for sustainable space exploration. Research in social & administrative pharmacy: RSAP, 18(9), 3612–3621. https://doi.org/10.1016/j.sapharm.2022.02.002
8Kast, J., Yu, Y., Seubert, C. N., Wotring, V. E., & Derendorf, H. (2017). Drugs in space: Pharmacokinetics and pharmacodynamics in astronauts. European journal of pharmaceutical sciences : official journal of the European Federation for Pharmaceutical Sciences, 109S, S2–S8. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2017.05.025
9Mehta, P., & Bhayani, D. (2017). Impact of space environment on stability of medicines: Challenges and prospects. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 136, 111–119. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2016.12.040
10Du, B., Daniels, V. R., Vaksman, Z., Boyd, J. L., Crady, C., & Putcha, L. (2011). Evaluation of physical and chemical changes in pharmaceuticals flown on space missions. The AAPS journal, 13(2), 299–308. https://doi.org/10.1208/s12248-011-9270-0
