Wissenschaft
Auf dem Weg zur ISS: Deutsche Experimente in Smartphone-Größe
Freitag, der 22.Dezember 2017
Auf dem Weg zur ISS: Deutsche Experimente in Smartphone-Größe
Köln |  Magdeburg: Am 15. Dezember ist um 16.36 Uhr MEZ, (10.36 Uhr Ortszeit) die US-amerikanische Dragon-CRS-13-Kapsel mit einer Falcon-9-Rakete vom Weltraumbahnhof in Cape Canaveral (Florida) zur Internationalen Raumstation ISS gestartet. Mit an Bord waren drei Zellkultur-Experimente von Wissenschaftlern der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sowie der Universität Hohenheim, die vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn gefördert werden. Die biologischen Proben werden in Experimentcontainern in Smartphone-Größe auf der "STaARS 1"- Forschungsanlage im Destiny Modul der ISS installiert. Dort bleiben sie über einen Zeitraum von 30 Tagen in Schwerelosigkeit, bis sie Mitte Januar 2018 mit der Dragon-Kapsel zur Erde zurückkehren und anschließend im Labor untersucht werden.
 
Was passiert mit dem Immunsystem im Weltall?
Das menschliche Immunsystem ist während eines Aufenthalts im Weltraum unter Schwerelosigkeit beeinträchtigt und geschwächt. Vorversuche auf der ISS haben gezeigt, dass die Aktivität von Immunzellen durch die veränderte Schwerkraft beeinflusst wird. Die zellulären und molekularen Mechanismen, die dies verursachen, sind bisher allerdings nicht vollständig bekannt. In der vordersten Verteidigungslinie des Immunsystems stehen Makrophagen. Diese Fresszellen, die zu den weißen Blutkörperchen gehören, sind für den Angriff und das Vernichten von Bakterien und anderen Krankheitserregern im menschlichen Körper verantwortlich.
Foto: Das Foto zeigt das Befüllen der Tanks der Experimentkammer mit einer Nährlösung für die Zelleproben auf der Internationalen Raumstation. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Markus Wehland.
 
Als Grund für die Beeinträchtigung des Immunsystems vermuten die Wissenschaftler bei den Makophagen eine Störung des Zellskeletts, also der flexiblen inneren Gerüststruktur einer Zelle, oder eine Verringerung von Molekülen auf deren Zelloberfläche. Ziel des Experiments von Wissenschaftlern der Universität Magdeburg ist es daher, durch Schwerelosigkeit verursachte Langzeitänderungen in den Makrophagen zu erfassen. "Solche Forschung unter Schwerelosigkeit über einen längeren Zeitraum ist nur auf der Internationalen Raumstation möglich", erklärt DLR-Projektleiter Dr. Michael Becker. "Langfristig sollen mit Hilfe der neuen Erkenntnisse aus dem Experiment Gegenmaßnahmen und Medikamente gegen Immunschwäche-Erkrankungen entwickelt werden. Diese sollen nicht nur für Astronauten auf ihren Langzeitmissionen im Weltraum hilfreich sein, sondern vor allem für Patienten auf der Erde."
Foto: Die Zellen werden in Experimentkammern eingesetzt und anschließend auf die internationale Raumstation gebracht. Die Experimentkammer ist etwa so groß wie ein Smartphone. Zu sehen ist hier die Kammer mit Pumpe und Tanks für die Nähr- und Fixierlösung. Foto: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Markus Wehland.
 
Krebsforschung in Schwerelosigkeit
Untersuchungen von Schilddrüsenkrebszellen stehen im Fokus des zweiten Experiments der Zellbiologen aus Magdeburg. Vorherige Experimente in Schwerelosigkeit haben gezeigt, dass spezielle Krebszellen in Schwerelosigkeit eine kugelförmige Ansammlung von Tumorzellen, sogenannte dreidimensionale multizelluläre Tumor-Sphäroide, bilden. In Schwerelosigkeit kann besonders die Wirkung von biochemischen Substanzen auf das Sphäroid-Wachstum am besten erforscht werden, da hier die störenden Kräfte der Erdschwerkraft ausgeschaltet sind. Diese Substanzen werden nach Rückkehr der Zellen im Labor der Magdeburger Wissenschaftler analysiert. Hauptaugenmerk liegt neben der Genaktivierung und -deaktivierung auf der Untersuchung von Veränderungen aller Zellproteine, um wichtige Signalwege aufzudecken. Das Wissen um die molekularen Vorgänge soll schließlich der Entwicklung von Ansätzen für die Tumorbekämpfung und der Entwicklung von spezifischen Krebsmedikamenten dienen.
 
Wie passen sich Nervenzellen an die Schwerelosigkeit an?
Welchen Einfluss hat Schwerelosigkeit auf Nervenzellen? Dieser Frage geht ein Team aus Wissenschaftlern der Universität Hohenheim mit ihrem ISS-Experiment nach. Aus Voruntersuchungen ist bekannt, dass das Zellskelett von Nervenzellen durch Schwerkraftänderungen beeinträchtigt wird. Dieses Zytoskelett spielt nicht nur eine wichtige Rolle bei der Formgebung der Zelle, sondern dient auch als inneres Transportsystem für den Informationsaustausch, wie der Kommunikation von Nervenzellen untereinander.
 
Das Zellskelett ist über spezielle Proteine in der Zellmembran verankert und für die Erregbarkeit von Nervenzellen mitverantwortlich. In dem ISS-Experiment liegt der Fokus auf diesen Ankerproteinen. Die Wissenschaftler wollen untersuchen, ob sich diese Proteine unter Schwerelosigkeit verändern oder umgestalten. Außerdem werden Änderungen bei der Verteilung von sogenannten Kanal-Proteinen untersucht. Diese Eiweißmoleküle dienen zum Transport von Ionen in die Zelle und sind daher für die Erregbarkeit von Nervenzellen ebenfalls essenziell. Die Wissenschaftler erhoffen sich Erkenntnisse bezüglich der Entwicklung von Nervenzellen in Schwerelosigkeit, welche vor allem für Langzeitaufenthalte von Astronauten im Weltraum relevant sind. (Pressemeldung vom 22.12.2017)
Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | Foto: DLR e. V. (CC-BY 3.0)
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