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Triplelux-B - Muschelzellen im Dienst der Raumfahrtmedizin

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  • Muscheln im Weltraum

    Muscheln im Weltraum

    Welchen Einfluss üben Schwerelosigkeit und Weltraumstrahlung auf die Phagozytose der Hämatozyten von Muschelzellen aus? Diese Frage sollen Hämozyten der Miesmuschel (Mytilus edulis) auf der ISS beantworten.

  • Training mit dem Triplelux%2dB%2dContainer

    Training mit dem Triplelux-B-Container

    Der deutsche Astronaut Alexander Gerst trainiert im europäischen Astronautenzentrum den Umgang mit dem Triplelux-B-Container, den er in das BIOLAB im Columbus-Forschungslabor einsetzen soll.

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Das Immunsystem von Astronauten wird durch den Weltraumaufenthalt geschwächt. Doch verstehen wir bisher weder die genauen Ursachen noch die Mechanismen. Dies liegt sicherlich auch daran, dass das Immunsystem bei Wirbeltieren - also auch beim Menschen - ein äußerst komplexes Netzwerk aus verschiedenen Organen, Zelltypen und Molekülen ist. Neben der Haut, die sich gewissermaßen als erste Barriere eindringenden Krankheitserregern entgegenstellt, gibt es hier zwei weitere Beschützer: Zum einen verfügt der Körper über das angeborene, unspezifische Immunsystem, das schon sehr früh in der Evolution entstand und seitdem weitgehend unverändert blieb. Zum anderen entwickelten die Wirbeltiere zusätzlich eine komplexe, adaptive Immunabwehr, die noch intelligenter und effektiver vor Krankheitserregern schützt. Sie erkennt die "Angreifer" und ist selbstständig in der Lage, gezielt zelluläre Abwehrmechanismen und molekulare Antikörper zu entwickeln.

Um die Ursachen für das geschwächte Immunsystem von Astronauten zu finden, werden im deutschen biowissenschaftlichen Raumfahrtprogramm derzeit zwei Ansätze verfolgt: Zum einen untersuchen Wissenschaftler die Veränderungen von Komponenten des Immunsystems im Blut von Astronauten. Zum anderen werden die Effekte von Schwerelosigkeit und Weltraumstrahlung auf zellulärer Ebene bei verschiedenen Organismen analysiert.

Hier setzen beispielsweise die beiden Experimente Triplelux-A und -B an. "Fresszellen", die sogenannten Makrophagen des angeborenen Immunsystems, wandern bei höher entwickelten Lebewesen wie uns Menschen durch den Körper und "fressen"  (phagozytieren) eingedrungene Mikroorganismen und andere körperfremde Substanzen. Bei Triplelux-B, das als erstes der beiden Experimente im BIOLAB des Columbus-Forschungslabors durchgeführt wird, steht der Einfluss von Schwerelosigkeit und Weltraumstrahlung auf die Phagozytose der Hämatozyten von Muschelzellen im Mittelpunkt der Forschung. Diese Zellen übernehmen im angeborenen Immunsystem bei entwicklungsgeschichtlich einfachen Tieren die Aufgaben der Makrophagen: Sie durchqueren den Körper und "fressen" eingedrungene Mikroorganismen. Bei diesem Prozess nehmen die Hämatozyten den Fremdkörper auf und lösen ihn auf, wobei ROS (Reactive oxygen species = reaktiver Sauerstoff) entsteht.

Experimentbeschreibung:

Für das ISS-Experiment wurde ein hochempfindliches Messsystem entwickelt, bei dem die von den Zellen bei der Phagozytose produzierten speziellen ROS-Sauerstoffmoleküle den Chemilumineszenz-Farbstoff Luminol oxidieren und dadurch Licht produzieren. Dieses Licht wird mit einem Photomultiplier - einer speziellen Elektronenröhre, die schwache Lichtsignale bis hin zu einzelnen Photonen durch Erzeugung und Verstärkung eines elektrischen Signals aufspürt - erfasst und dadurch auf die Phagozytose-Aktivität geschlossen. Das Experiment findet im BIOLAB des europäischen Columbus-Moduls in Schwerelosigkeit sowie zum Vergleich auf einer Zentrifuge bei unterschiedlichen Schwerkraftbedingungen (bis zu 1g) statt.

Status:

Das ESA-BIOLAB wurde 2008 mit dem Columbus-Labor zur ISS gebracht. Während der Blue Dot-Mission des deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst werden die Zellen im Sommer 2014 im gefrorenen Zustand zur Raumstation transportiert, dort vor dem Experiment aufgetaut und dann zur Messung im BIOLAB eingesetzt.

Ergebnisse:

Ergebnisse aus dem ISS-Experiment liegen noch nicht vor. Allerdings deuten Resultate aus Vorversuchen auf Parabelflügen darauf hin, dass veränderte Schwerkraftbedingungen in der Tat die Phagozytose-Aktivität der Hämatozyten reduzieren. Dies könnte - auf den Menschen übertragen - bedeuten, dass eine Abnahme der Phagozytose-Aktivität von Makrophagen, die ja bei uns die Rolle der Hämatozyten übernommen haben, zumindest eine Ursache für das geschwächte Immunsystem beim Menschen ist.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

In der Umweltprüfung haben sich die Testkomponenten des Triplelux-B-Prüfsystems zur Erfassung der immuntoxischen Wirkung von Umweltproben bereits bewährt. Die bisher geprüften Umweltproben stammen aus dem Bereich der Abwasser-Emission in Oberflächengewässern und aus Expositionen im Küstenbereich. Hinsichtlich der Früherkennung von Biotoxinen wurden mit dem Testsystem gemeinsam mit den Kooperationspartnern des EU-Projekts ALGAETOX Strategien und Datensammlungen zur Biotoxin-Erfassung in Meeresmuscheln erarbeitet. Das Prüfsystem kann zusammen mit einem Robotsystem online als "real time"-Prüfsystem zur frühzeitigen Erkennung einer immuntoxischen Wirkung in Umweltproben eingesetzt werden. Die gefrierkonservierten Hämozyten erlauben immuntoxische Prüfungen ohne Tierversuch. Auf der Grundlage der bisherigen Ergebnisse zur Kryokonservierung ist geplant, gemeinsam mit dem National Research Council (NRC) Institute for Biotechnology Research in Montreal sowie in Zusammenarbeit mit der BBE Moldaenke GmbH und dem Fraunhofer-Institut (IBMT) in Potsdam-Golm einen online Biosensor mit Immunzellen zu entwickeln.

ISS-Zeitraum ab Sommer 2014
Unterbringung BIOLAB im Columbus-Modul
Experimentator Prof. Dr. Peter-Diedrich Hansen
Einrichtung TU Berlin
Bereich Gravitations-/Strahlenbiologie
Partner ESA

 

Zuletzt geändert am:
05.06.2014 10:26:52 Uhr