Presentazione standard di PowerPoint

Cellule e SpazioFrancesca Ferranti & Sara Piccirillo

Progetto didatticoA lezione sulla Stazione Spaziale Internazionale (LISS)Roma, 4 febbraio 2015La Biologia Spaziale

La finalit dellesplorazione umana dello Spazio quello di rendere possibile la vita dellessere vivente al di fuori della Terra e di realizzare insediamenti umani. E dunque importante conoscere le modificazioni che avvengono a carico dellorganismo e di come questo possa adattarsi a un ambiente diverso da quello da cui proveniamo (microgravit e radiazioni cosmiche).

acquisire nuove conoscenze sulla nostra capacit di vivere e lavorare nello Spazio;esplorare il ruolo della gravit e delle radiazioni nei processi di formazione, evoluzione, sviluppo e invecchiamento della vita sulla Terra;comprendere linfluenza della gravit e delle radiazioni nei processi biologici fondamentali focalizzando lattenzione su cellule e su piccoli organismi, animali e vegetali.La Biologia Spaziale

Si propone di:

La sperimentazione nello Spazio particolarmente complicata, dispendiosa e limitata dalle condizioni ambientali, dagli spazi a disposizione, dal numero degli operatori (astronauti/cosmonauti), dalla strumentazione disponibile, dalle opportunit di voloCome avviene sulla Terra, gli esperimenti vengono effettuati sullessere umano e sullanimale da laboratorio, su piante e su cellule sia di origine animale che vegetale. Luso delle cellule o di piccoli organismi rende la sperimentazione pi semplice consentendo la ripetibilit, la comparazione con i controlli a terra e lo sviluppo di strumentazione di bordo meno ingombrante e spesso automatica e indipendente, almeno parzialmente, dallintervento delluomo.La Biologia Spaziale

Cosa studia la Biologia Spaziale?

La cellulaMitocondriRibosomiReticolo endoplasmatico rugosoMembrana plasmaticaNucleoCromatinaMembrana nuclearePori nucleariNucleoloApparato GolgiCitoplasmaLisosomiCitoscheletroReticolo endoplasmatico liscioRibosomiCentrioliI tessuti si organizzano in una determinata zona anatomica a formare ORGANILinsieme di cellule con funzioni simili ma distribuite in zone anatomiche differenti oppure linsieme di organi con ruoli simili o correlati formano i SISTEMINegli organismi pluricellulari cellule con differenti funzioni si organizzano a costituire aggregazioni, i TESSUTI Cosa studia la Biologia Spaziale?

assumono forma e dimensione diversa per consentire larchitettura tipica di ogni tessuto, finalizzata a svolgere le specifiche funzioni che lo caratterizzano.

Le cellule eucariotiche presentano una organizzazione di base simile ma

Che faccia ha una cellula?

Che faccia ha una cellula?

Microscopio elettronico a scansioneMicroscopio elettronico a trasmissioneMicroscopio ottico a fluorescenza

Membrana plasmaticaReticolo EndoplasmaticoGranuli di SecrezioneMitocondrioNucleoNucleoloApparato di Golgi

Microscopio otticoLa sperimentazione nei campi della Biologia e Biomedicina Spaziale stata possibile grazie allutilizzo di diversi vettori e piattaforme spaziali, dai razzi sonda allo Space Shuttle, alle stazioni orbitanti MIR e ISS.Sperimentare nello spazio

Razzo sondaSpace ShuttleISS

MIRSperimentare a terra: la microgravit simulata

Random Positioning machine (RPM)ClinostatoLa sperimentazione biologica viene effettuata anche in studi di simulazione a Terra utilizzando il clinostato e/o la Random Positioning Machine.

La Biologia Spaziale: ritorni a terra

Nel corso degli ultimi due decenni, il crescente interesse per la Biologia Spaziale ha permesso di comprendere meglio alcune patologie umane simili a quelle riscontrate durante il volo spaziale, ma straordinariamente accelerate da questo ambiente:InvecchiamentoOsteoporosiAtrofia muscolarePatologie degenerative

Cosa accade a una cellula in microgravit?ApoptosiEspressione genicaCambiamenti di formaProliferazioneDifferenziamento CYTOSPACE Microgravity and cells: morphotype and phenotype correlation

Ops Nom: Cell Shape And Expression

Il citoscheletroTubulina

Il citoscheletro

Rosso: ActinaVerde: TubulinaBlu: NucleiIl citoscheletro definisce la forma della cellula. Forze fisiche, come la microgravit, influenzano la forma cellulare.

Si intende investigare lipotesi che vi sia una correlazione tra la forma cellulare e lespressione genica. Lesperimento Cytospace propone una cultura cellulare bidimensionale come modello per studiare la correlazione tra forma cellulare e espressione genica.

Background scientifico e ipotesi

Contenitore di lancio BIOKIT con controllo passivo della temperatura

Contenitore sperimentale KIC

Unit sperimentaleLambiente microgravitazionale fornisce lopportunit di studiare limpatto delle forze fisiche su forma e destino cellulare.Lesperimento si propone di definire un modello in grado di descrivere gli effetti della microgravit reale e simulata sul citoscheletro e sulla forma della cellula.

Risultati attesi e applicazioniUna migliore comprensione dei meccanismi coinvolti nella correlazione tra forma cellulare e espressione genica potrebbe tradursi in applicazioni biotecnologiche e lo sviluppo di contromisure farmacologiche. La correlazione tra forma e patologia ben descritta ad esempio nei tumori.

18NAnoparticles based countermeasures for Treatment of microgravity induced Osteoporosis

Ops Nom: Nanoparticles and Osteoporosis

Gli effetti a carico delluomo sono molteplici ma i pi evidenti e rapidi sono legati a modificazioni del sistema muscoloscheletrico, neurovestibolare e immunitario e a redistribuzione dei fluidi corporei (puffy face e chicken legs).Effetti della microgravit sulla fisiologia umana

TESSUTO OSSEOCELLULEMATRICE EXTRACELLULARECellule osteoprogenitriciOsteoclastiOsteoblastiOsteocitiCOMPONENTEFIBROSASOSTANZA AMORFA FONDAMENTALECollageneProteoglicaniGlicoproteine leganti il calcioCristalli di sali di calcio(idrossiapatite)Sostanza inorganica (70%)Sostanza organica (30%)LEGENDA

Il tessuto osseo

Il tessuto osseo una forma specializzata di tessuto connettivo caratterizzato da una complessa matrice mineralizzata. La matrice costituita da una componente inorganica, formata principalmente da fosfato di calcio, che le conferisce durezza, e da una componente organica, che invece formata dal collagene che le conferisce elasticit.Questa composizione dona al tessuto resistenza e leggerezza, propriet meccaniche che lo rendono adatto alla funzione di sostegno.21Il tessuto osseo una forma specializzata di tessuto connettivo di natura organica (collagene, glicoproteine) e inorganica (fosfato di calcio in forma di cristalli di idrossiapatite e stronzio). La microgravit modifica il metabolismo del tessuto osseo portando ad alterazioni nel processo di rimodellamento dellosso e causando una perdita di massa ossea simile a quella riscontrata nellosteoporosi.

MicrogravitLesperimento si propone di studiare leffetto in vitro di nanoparticelle di idrossiapatite arricchite in stronzio sulla vitalit e sul differenziamento di osteoblasti e osteoclasti in condizioni di microgravit reale e simulata.

Background scientifico e ipotesi

4-6 months of permanent stay on ISS

Bone (30-40 Yrs)Osteoporosis

30 Yrs on the earthFragile bones

Bone RemodelingOsteoclastsOsteoblasts

Risultati attesi e applicazioniRiduzione degli effetti della microgravit sul tessuto osseo: ripristino dellequilibrio tra formazione e riassorbimento osseo.Miglioramento della qualit della vita degli astronauti.Sviluppo di una nanotecnologia per il trattamento e la cura di milioni di persone affette da osteoporosi sulla Terra e riduzione dei costi sanitari associati.

Nanoparticelle di idrossiapatite23

Spazio alle domande!!!