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CellBox-2 - Wie erkennen Makrophagen "feindliche Zellen" in Schwerelosigkeit?

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  • Makrophagen

    Makrophagen in Schwerelosigkeit

    Im zweiten Cellbox-Experiment werden Millionen von Makrophagen der Schwerelosigkeit auf der ISS ausgesetzt. Die sogenannten "Fresszellen" des Immunsystems wandern durch den Körper und fressen eingedrungene Mikroorganismen und andere körperfremde Substanzen. Im Experiment werden insbesondere bestimmte Oberflächenmoleküle, die für die Erkennung von Fremdkörpern und die Kommunikation zwischen den Zellen zuständig sind, in Schwerelosigkeit und unter erdähnlichen Bedingungen analysiert. Außerdem sollen das Zellskelett und bestimmte Sekretionsprodukte wie etwa Cytokine, die unter anderem Wachstum und Differenzierung von Zellen regulieren, untersucht werden. So können der Zustand der Zellen festgestellt und eventuelle Veränderungen präzise erfasst werden. Denn nur, wenn die zellulären Ursachen für die Immunschwäche in Schwerelosigkeit erkannt sind, können Gegenmaßnahmen in Form von Therapien oder Medikamenten entwickelt werden. Vorversuche bei DLR-Parabelflügen deuten darauf hin, dass die Aktivität der Makrophagen durch veränderte Schwerkraftbedingungen beeinflusst ist. Dies könnte eine Ursache für die beeinträchtigte Immunfunktion beim Menschen im All sein.

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    Start des des CellBox-Experiments

    Am 18. April 2014 startete die Hardware des CellBox-Experiments an Bord des Dragon CRS3-Raumtransporters mit einer Falcon 9-Rakete zur ISS.

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 für ein gesundes Immunsystem bei Wirbeltieren - also auch beim Menschen - ein äußerst komplexes Zusammenspiel von verschiedenen Organen, Zelltypen und Molekülen notwendig ist. Neben der Haut, die sich gewissermaßen als erste Barriere dem Eindringen von Krankheitserregern entgegenstellt, gibt es zwei weitere Beschützer: Zum einen verfügt unser 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 uns 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, verfolgt das DLR Raumfahrtmanagement derzeit zwei Ansätze: Zum einen untersuchen Wissenschaftler die Veränderungen von Komponenten des Immunsystems im Blut von Astronauten. Zum anderen werden die Effekte von Schwerelosigkeit auf zellulärer Ebene bei verschiedenen Organismen und Zellkulturen analysiert. Hier setzt das Cell-Box-2-Experiment an: "Fresszellen", die sogenannten Makrophagen, des angeborenen Immunsystems wandern durch den Körper und "fressen" (phagozytieren) eingedrungene Mikroorganismen und andere körperfremde Substanzen. Im Experiment werden insbesondere bestimmte Oberflächenmoleküle, die für die Erkennung von Fremdkörpern und die Kommunikation zwischen den Zellen zuständig sind, in Schwerelosigkeit und unter erdähnlichen Bedingungen auf einer 1g-Referenzzentrifuge untersucht. Außerdem sollen das Zellskelett und bestimmte Sekretionsprodukte - zum Beispiel Cytokine - untersucht werden. Cytokine sind besonders interessant, weil diese Proteine das Wachstum und die Spezialisierung (Differenzierung) der Zellen steuern.

Experimentbeschreibung:

Die Zellen wurden in sechs kleinen Experimentkammern - sogenannte Biorack Typ1- Container von Zigarettenschachtel-Größe - mit der Mission SpaceX-3 zur ISS gebracht. Die Hardware befand sich zusammen mit Nachschub, aber auch anderen wissenschaftlichen Geräten und Proben in der Dragon-CRS3-Kapsel, die an der Spitze einer Falcon-9-Rakete am 18. April 2014 zur ISS gestartet ist. Nach ihrer Ankunft wurden jeweils drei Container von den Astronauten unter 1g-Bedingungen auf der Nanoracks-Zentrifuge in der CellBox im US-amerikanischen Destiny-Modul installiert. Die anderen drei verblieben in Schwerelosigkeit. Nach zwei und fünf Tagen wurden die Zellkulturen fixiert und anschließend nach 30 Tagen auf der ISS wiederum mit der Dragon-Kapsel zur Erde zurückgebracht. Anschließend untersuchen die Wissenschaftler in den Heimatlaboren die während der Weltraummission in Schwerelosigkeit und auf der Referenzzentrifuge gezüchteten Zellen. Für Transport und Durchführung der Experimente wurde erstmals ein kommerzieller Dienstleister beauftragt: die Firma Nanoracks, 2008 gegründet, um die Nutzung der ISS zu kommerzialisieren und in den USA für weitere Nutzer zu öffnen. Das DLR testet mit der CellBox-Mission - zusätzlich zur ISS-Nutzung über die ESA und über bilaterale Kooperationen - neue Wege, um deutschen Wissenschaftlern vergleichsweise schnell und kostengünstig Experimentiermöglichkeiten im Weltraum anzubieten.

Status:

Die Vorbereitungen für das Experiment sind abgeschlossen. Der Start der Mission SpaceX-3 erfolgte am 18. April 2014.

Ergebnisse:

Ergebnisse aus dem ISS-Experiment liegen noch nicht vor. Resultate aus Vorversuchen auf Parabelflügen und Höhenforschungsraketen deuten aber darauf hin, dass die Zellen des menschlichen Immunsystems bereits innerhalb von Sekunden auf den Wegfall der Schwerkraft reagieren. Sowohl das Zellskelett als auch wichtige molekulare Funktionen für die Zell-Zell-Kommunikation und die Zellwanderung werden gestört. Ob diese Störungen noch nach Tagen festzustellen oder die Zellen in der Lage sind, sich den veränderten Umweltbedingungen anzupassen, wollen Wissenschaftler mit dem CellBox-Experiment herausfinden.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Die erwarteten Ergebnisse können entscheidende Hinweise zum Einfluss von Weltraumbedingungen auf unsere angeborene Immunität liefern und damit helfen, generelle Ursachen der Immunschwäche aufzudecken.

Start: 18. April 2014 Dragon CRS3 (SpaceX)
ISS-Zeitraum April/Mai 2014
Unterbringung Nanoracks im Destiny-Modul
Experimentator Prof. Dr. Oliver Ullrich
Einrichtung Universität Magdeburg/Universität Zürich
Bereich Gravitationsbiologie
Partner Nanoracks (USA)

 

Zuletzt geändert am:
05.06.2014 16:51:36 Uhr