A Novel Model for Predicting Pharmaceutical Stability in Space Environments: Theoretical Formulation of Extended Mean Kinetic Temperature (Space-MKT) Incorporating Space Radiation

Quando i medicinali viaggiano attraverso il globo, la loro sicurezza dipende fortemente dal tempo che incontrano. Un farmaco che giace in un camion caldo per alcuni giorni potrebbe perdere la sua efficacia o diventare dannoso, anche se appare normale. Per prevenire questo, gli scienziati utilizzano un calcolo standard chiamato Temperatura Cinetica Media. Questo non è un semplice valore medio di quanto sia diventato caldo; è un modo per capire quanto calore abbia danneggiato i legami chimici all'interno del medicinale. Convertendo una storia disordinata di picchi e cali di temperatura in un unico numero costante, i regolatori possono decidere se un lotto di pillole è ancora sicuro da usare. Questo sistema funziona bene sulla Terra, dove il nemico principale è il calore. Ma mentre l'umanità si prepara a mandare persone sulla Luna e su Marte, questo vecchio sistema affronta un problema che non è mai stato progettato per risolvere: il vuoto dello spazio è pieno di particelle invisibili ad alta energia che possono fare a pezzi le molecole con la stessa efficacia di una fornace.

Un ricercatore della Kobe Gakuin University, Ensei Miura, ha proposto un nuovo modo per misurare la sicurezza dei farmaci per questi viaggi nello spazio profondo. I metodi attuali ignorano le radiazioni, assumendo che se la temperatura è corretta, il medicinale è sicuro. Miura sostiene che questa sia un errore pericoloso per gli astronauti. In un nuovo studio, ha sviluppato un modello matematico chiamato Space-MKT. Questo modello non guarda solo alla temperatura; traccia anche la dose di radiazioni che colpisce il medicinale. Combina il calore dell'ambiente e l'energia della radiazione spaziale in un unico numero che rappresenta il danno totale subito dal farmaco. L'obiettivo è fornire agli astronauti una risposta chiara e in tempo reale a una domanda di vita o di morte: questo medicinale è ancora buono, o l'ambiente spaziale lo ha distrutto?

Per testare questa idea, il ricercatore ha eseguito simulazioni al computer di quattro diversi scenari. Il primo era un gruppo di controllo sulla Terra, dove la temperatura rimaneva costante e non c'era radiazione. Il secondo era all'interno della Stazione Spaziale Internazionale, dove la temperatura è anch'essa controllata, ma l'astronave è costantemente immersa in un basso livello di radiazione di fondo proveniente dallo spazio profondo. Il terzo scenario simulava un improvviso brillamento solare, in cui i livelli di radiazione aumentavano drasticamente per sei ore mentre la temperatura rimaneva normale. Il quarto e più pericoloso scenario combinava un brillamento solare con un guasto al sistema di raffreddamento della nave, causando un aumento della temperatura a 35,0 °C proprio mentre la radiazione aumentava.

I risultati hanno mostrato che il vecchio modo di misurare la sicurezza è cieco rispetto al vero pericolo dello spazio. Nell'ambiente stabile della stazione spaziale, il metodo tradizionale diceva che il medicinale era a posto, mostrando una temperatura equivalente di 22,0 °C. Il nuovo modello, tuttavia, mostrava che la radiazione costante stava già causando danni, con un equivalente di temperatura di 22,45 °C. Sebbene questa differenza sembri piccola, dimostra che la radiazione sta compiendo un lavoro che il calore da solo non può fare. La situazione è diventata molto più critica durante il simulato brillamento solare. Quando i livelli di radiazione sono saliti a 50 mGy/h per sei ore, il modello tradizionale leggeva ancora 22,0 °C, ignorando completamente l'evento. Il nuovo modello, invece, ha calcolato che il danno era equivalente a lasciare il medicinale in un forno a 52,12 °C. Ciò significa che in sole sei ore di tempesta solare, il farmaco ha subito una degradazione pari a quella che subirebbe in una grave ondata di calore sulla Terra.

Il risultato più allarmante è arrivato dallo scenario combinato, in cui un guasto al raffreddamento e un brillamento solare sono avvenuti contemporaneamente. In questa situazione peggiore, il modello tradizionale ha calcolato una temperatura di soli 25,75 °C, suggerendo che il medicinale fosse stato appena influenzato. Il nuovo modello Space-MKT, che tiene conto del fatto che calore e radiazione lavorano insieme per accelerare la decomposizione chimica, ha calcolato un valore di 59,73 °C. Questa è una differenza enorme. Suggerisce che quando calore e radiazione colpiscono un farmaco simultaneamente, non si limitano ad aggiungere il loro danno; lo moltiplicano. Il calore fa sì che le molecole si muovano più velocemente, rendendole più facili da rompere quando la radiazione le colpisce. Questa accelerazione "esplosiva" significa che un farmaco potrebbe essere completamente rovinato in poche ore, anche se un monitor della temperatura standard indica che l'ambiente è sicuro.

Lo studio ha anche esaminato come il tempo influenzi questi numeri. Se un brillamento solare avviene e poi l'ambiente torna alla normalità, il danno medio su un lungo periodo, come 72 ore, appare meno severo rispetto a subito dopo l'evento. A 24 ore, il danno era equivalente a 52,12 °C, ma a 72 ore, la media era scesa a 45,40 °C. Il ricercatore spiega che questo è un inganno. Il danno dei primi sei ore è permanente e irreversibile; le molecole sono già rotte. Il numero più basso a 72 ore è solo una media matematica che nasconde il fatto che il farmaco è stato gravemente compromesso. Ciò significa che per le missioni spaziali, gli equipaggi non possono limitarsi a guardare una media a lungo termine. Devono monitorare i picchi a breve termine per cogliere il momento in cui il medicinale viene effettivamente distrutto.

Per rendere questo utile per le missioni reali, il ricercatore suggerisce di costruire un nuovo tipo di registratore di dati (data logger). Questi dispositivi sarebbero piccoli computer che tracciano sia la temperatura che i livelli di radiazione contemporaneamente. Invece di limitarsi a registrare i dati affinché gli scienziati sulla Terra possano analizzarli in seguito, il dispositivo eseguirebbe il calcolo al suo interno. Se la radiazione aumenta o la temperatura sale, il dispositivo aggiornerebbe istantaneamente il numero "Space-MKT" e avvertirebbe gli astronauti. Questo è fondamentale per i viaggi nello spazio profondo, dove la comunicazione con la Terra può richiedere decine di minuti. Un astronauta in missione verso Marte non può aspettare che un controllore a terra analizzi i dati e gli dica se un antibiotico salvavita è ancora sicuro. Ha bisogno di saperlo immediatamente.

L'articolo conclude che questo nuovo modello è un passo necessario per il futuro della medicina spaziale. Non è solo un esercizio teorico; la matematica può essere eseguita con semplici software di fogli di calcolo, e i sensori necessari per misurare la radiazione sono già disponibili. Tuttavia, il ricercatore osserva che prima che questo diventi uno standard, gli scienziati devono testare molti tipi diversi di farmaci per vedere esattamente quanto siano sensibili alle radiazioni. Devono anche capire come la mancanza di gravità possa cambiare il modo in cui queste reazioni avvengono. Per ora, lo studio fornisce un avvertimento chiaro: le vecchie regole per mantenere sicuri i medicinali non funzionano nello spazio. Senza un nuovo modo per misurare la minaccia combinata di calore e radiazione, gli astronauti potrebbero trasportare medicinali scaduti o tossici senza nemmeno saperlo.