Terminato l’esperimento BOP (Bone Proteomics)

Costessi è il vincitore del concorso Success 2002 Student Contest, rivolto a studenti universitari e organizzato dall’ISS Utilisation Strategy and Educational Office del Directorate of Human Spaceflight, microgravità and Exploration dell’ESA. Chi partecipa deve proporre un esperimento scientifico da realizzare a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, in discipline come scienza della vita, fisica, scienze dello spazio, tecnologia, osservazione della Terra.

“Sono allo stabilimento ESTEC dell’ESA dal giugno 2004. È il mio premio! È stata un’esperienza bellissima e molto dura, soprattutto per i ritmi di lavoro,” racconta Costessi, che si è laureato in biotecnologia all’Università di Trieste. “Abbiamo preparato l’esperimento in pochi mesi. È stata una vera e propria sfida, anche perché si tratta di un esperimento complesso, che richiede l’intervento attivo di Roberto Vittori.”

L’esperimento BOP riguarda la funzionalità degli osteoblasti, le cellule responsabili della produzione della matrice ossea, in condizioni di microgravità.

È infatti noto sin dall’inizio dell’era spaziale che la permanenza nello spazio per periodi prolungati ha varie conseguenze negative sugli esseri umani. In particolare è stata osservata in tutti gli astronauti una diminuzione di massa ossea, che si aggira intorno al 1% per ogni mese di vita in orbita.

“In passato gli esperimenti si sono limitati a verificare che in condizioni di microgravità il numero di osteoblasti che giunge a maturazione è minore. Inoltre anche le cellule che raggiungono la maturità producono una quantità minore di matrice ossea,” racconta Costessi. “Ma i motivi ancora oggi non sono noti.”

La cosa interessante e, per certi versi sorprendente, è che non solo un sistema complesso come l’uomo risente della microgravità, ma anche le singole cellule. Questo rende possibile lo studio del comportamento cellulare in colture.

Poche ore dopo l’arrivo sulla Stazione Spaziale internazionale, il 17 verso l’ora di pranzo, Roberto Vittori ha cambiato il mezzo di coltura cellulare. Le cellule si sono ritrovate così in un “terreno fresco”. Il 19 è stata eseguita la stimolazione delle cellule, che ha concluso l’esperimento.

“Mentre nell’uomo gli osteoblasti sono stimolati dalla molecola dell’ATP che loro stessi producono, probabilmente a causa di stimoli legati al peso del corpo di cui fanno parte, ” spiega Costessi, “ nel nostro esperimento gli osteoblasti in coltura vengono stimolati attraverso delle iniezioni esterne di ATP. È la prima volta che un’esperienza del genere viene effettuata in condizioni di microgravità.”

“L'altra novità,” aggiunge, “è il metodo di analisi proteomica, che viene applicato per la prima volta in condizioni di questo genere. È un metodo molto potente, che permette di identificare centinaia di proteine contemporaneamente con una singola analisi.”

La proteomica è lo studio del corredo proteico di una cellula. Nel caso di BOP, una volta che le colture sono state riportate a terra, vengono sottoposte a un processo per sciogliere le membrane cellulari. Si ottiene così una soluzione del contenuto proteico degli osteoblasti stimolati in orbita.

La soluzione proteica viene disposta su uno strato di gel bidimensionale di 5 cm x 10 cm, spesso circa 0,5 cm. Le proteine, ciascuna delle quali porta una certa carica elettrica, vengono separate lungo una dimensione a seconda del punto isoelettrico (il valore di ph a cui una certa proteina ha carica totale nulla). Si applica poi un procedimento di elettroforesi per separare ulteriormente le proteine, lungo la dimensione perpendicolare, a seconda del loro peso molecolare.

Il gel viene infine colorato. Una volta terminata l’operazione, il tutto appare come una distribuzione bidimensionale di punti scuri su sfondo chiaro: ogni specie proteica si materializza in un punto.

In sostanza, è come se avessimo realizzato un “diagramma biologico”, che ci permette di visualizzare direttamente il contenuto proteico delle cellule. I punti di agglomerazione più interessanti, dal punto di vista biologico, vengono analizzati con uno spettrometro di massa per determinare in maniera univoca di quali proteine sono composti.

Un diagramma analogo viene realizzato con cellule non stimolate per identificare la produzione o l'inibizione della produzione.

“Speriamo che l’esperimento ci permetta di fare qualche passo nella comprensione del funzionamento degli osteoblasti,” conclude Costessi. “Con la speranza di concorrere alla scoperta di nuove strategie terapeutiche per affrontare la patologie ossee. Non soltanto per gli astronauti, ma soprattutto per i milioni di persone che, con i piedi ben piantati per terra, oggi soffrono di osteoporosi.”