Grâce à la NASA, il est désormais possible d’étudier les effets des rayons cosmiques en laboratoire

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| NASA

L’un des principaux défis à relever dans le cadre des voyages habités est l’exposition aux rayons cosmiques galactiques. Ces rayonnements, composés de particules très énergétiques et d’ions lourds, peuvent causer des dommages à la fois aux matériaux des engins spatiaux mais également aux tissus biologiques. L’impact de ces rayons cosmiques sur la santé des astronautes est encore peu contraint. C’est pourquoi la NASA a développé un protocole capable de reproduire l’exposition aux rayons cosmiques en laboratoire. Testée sur des modèles animaux, la méthode permettra de mieux comprendre l’effet des rayons cosmiques sur les organismes afin de mettre au point des moyens de protection efficaces. 

Pour mieux comprendre et atténuer les risques auxquels sont confrontés les astronautes en raison de l’exposition aux rayonnements cosmiques, il faudrait idéalement pouvoir tester les effets des rayons cosmiques galactiques (GCR) ici sur Terre dans des conditions de laboratoire. Un article publié dans la revue PLOS Biology de Lisa Simonsen et ses collègues du NASA Langley Research Center, décrit comment la NASA a développé un simulateur GCR au sol au NASA Space Radiation Laboratory (NSRL), situé au Brookhaven National Laboratory.

Les rayons cosmiques galactiques comprennent un mélange de protons hautement énergétiques, d’ions hélium et d’ions de charge et d’énergie plus élevés allant du lithium au fer, et il est extrêmement difficile de s’en protéger. Ces ions interagissent avec les matériaux des engins spatiaux et les tissus humains pour créer un champ mixte complexe de particules primaires et secondaires.

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Tableau récapitulant les différentes doses de radiations reçues en fonction de différents types de missions habitées. Crédits : Lisa C. Simonsen et al. 2020

Un protocole reproduisant l’exposition aux rayons cosmiques galactiques

Les effets biologiques de ces ions lourds et mélanges d’ions sont mal connus. En utilisant une technologie de systèmes de commutation et de contrôle de faisceaux rapides récemment développée, le NSRL a démontré la capacité de basculer rapidement et de manière répétée entre plusieurs combinaisons de faisceaux d’énergie ionique dans un court laps de temps, tout en contrôlant avec précision les doses quotidiennes extrêmement faibles délivrées par les ions plus lourds.

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Les auteurs décrivent comment le simulateur a été développé, en vue d’équilibrer la définition des environnements de rayonnement pertinents pour la mission, les limites des installations et la sélection des faisceaux, les mises à niveau matérielles et logicielles requises, ainsi que les contraintes de soin et de manipulation des animaux.

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Mieux comprendre l’impact des rayons cosmiques tout en optimisant les conditions de recherche

En juin 2018, trente-trois combinaisons uniques de faisceaux d’énergie ionique ont été livrées dans un ordre séquentiel rapide (moins de 75 minutes), imitant de manière cumulative l’environnement GCR vécu par les astronautes lors d’une mission dans l’espace lointain. En octobre suivant, des doses de simulation GCR aiguës et hautement fractionnées ont été livrées à trois systèmes modèles animaux sur quatre semaines pour étudier la qualité en champ mixte et les effets du débit de dose sur les risques de cancers radiogéniques, de maladies cardiovasculaires et les effets indésirables sur le système nerveux central.

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Les chercheurs ont mis au point trois approches pour tester l’effet des rayons cosmiques sur les modèles animaux. Crédits : Lisa C. Simonsen et al. 2020

Au cours des 30 dernières années, la plupart des recherches sur la compréhension des risques sanitaires induits par les rayonnements spatiaux ont été effectuées à l’aide d’expositions aiguës de faisceaux monoénergétiques. Désormais, un champ mixte d’ions peut être étudié collectivement dans la même cohorte d’animaux, réduisant ainsi considérablement le nombre d’animaux, l’élevage et les coûts de recherche. Cette réalisation marque une avancée significative et permet à une nouvelle ère de recherche en radiobiologie d’accélérer notre compréhension et l’atténuation des risques pour la santé auxquels sont confrontés les astronautes lors de missions d’exploration de longue durée ou de voyages interplanétaires vers Mars.

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Sources : PLOS Biology

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