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CellBox-1 - Neue Ansätze zur Krebstherapie und zur Gewebezüchtung?

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  • Vermehrung von menschlichen Immun%2d und Schilddrüsenkrebzellen im Labor

    Vermehrung von menschlichen Immun- und Schilddrüsenkrebzellen im Labor

    Die Wissenschaftler vermehren die menschlichen Immun- und Schilddrüsenkrebzellen im Labor für ihren Einsatz im Weltraum. Nur die besten Kulturen werden in die Experimentkammern eingesetzt und dürfen auf die Internationale Raumstation, wo sie in Schwerelosigkeit untersucht werden.

  • Zellkulturen auf engstem Raum

    Zellkulturen auf engstem Raum

    Die CellBox-Experimentkammer ist etwa smartphonegroß. Das Foto zeigt die Kammer mit Pumpe und Tanks für die Nährund Fixierlösung der Zellen.

  • Thyroid%2dKrebszelllinie nach vier Stunden simulierter Schwerelosigkeit

    Thyroid-Krebszelllinie nach vier Stunden simulierter Schwerelosigkeit

    Thyroid-Krebszelllinie FTC-133 nach vier Stunden simulierter Schwerelosigkeit. Zellkerne sind blau, Komponenten des Zytoskeletts grün und rot dargestellt.

  • Multizelluläres Sphäroid aus menschlichen Schilddrüsenkrebszellen

    Multizelluläres Sphäroid aus menschlichen Schilddrüsenkrebszellen

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 eindringenden 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 CellBox-1-Experiment an, das sich mit dem Einfluss von Schwerelosigkeit auf menschliche Schilddrüsenkrebszellen beschäftigt. Diese Zellen wachsen in Schwerelosigkeit zu großen kugelförmigen Haufen aus tausenden von Tumorzellen - den sogenannten dreidimensionalen multizellulären Tumorsphäroiden - heran, die dem ursprünglichen Tumor ähneln. Versteht man die Mechanismen dieser Sphäroidbildung, könnte man dieses Wissen nutzen, um vielzellige Tumorsphäroide zu züchten. Ließen sich diese Tumor-Zellhaufen künstlich auf der Erde herstellen, dann könnten Pharmaunternehmen Antitumormedikamente gegen viele Krebsarten testen ohne auf  Tierversuche zurückzugreifen - eine Revolution in der Krebsforschung.

Experimentbeschreibung:

Die Zellen wurden in sechs kleinen Experimentkammern - sogenannten Biorack Typ1-Containern 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 dem Andocken wurden die Container von den Astronauten in der Nanoracks CellBox im US-amerikanischen Destiny-Modul installiert. Nach zwei, drei und acht Tagen in Schwerelosigkeit 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 in Schwerelosigkeit gezüchteten Tumorzellhaufen. 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. Allerdings weiß man aus früheren Weltraumexperimenten wie beispielsweise aus dem deutsch-chinesischen SIMBOX/Shenzhou Projekt aus dem Jahr 2011, dass bei den Schilddrüsentumorzellen die Expression verschiedener Gene und Proteine aus unterschiedlichen physiologischen Prozessen in Schwerelosigkeit verändert ist. So sind die Steuerung von Krebszellproliferation und Metastasierung genauso wie Zelltod (Apoptose), Zytoskelett, Adhäsion/Extrazelluläre Matrix, Proliferation, Stressantwort, Migration, Angiogenese und Signaltransduktion von den Weltraumbedingungen beeinflusst. Die Zunahme der Genexpression bestimmter Wachstumsfaktoren wie Epidermal Growth Factor (EGF) und Connective Tissue Growth Factor (CTGF) stimmte mit der Entstehung von gewebeähnlichen Strukturen überein und könnte daher für die Steuerung der Sphäroidbildung entscheidend sein. Diese vielversprechenden Ergebnisse sollen nun im CellBox-Experiment untermauert und erweitert werden.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Die Neigung der Zellen, in Schwerelosigkeit als vielzellige Sphäroide zu wachsen, ist auch im Zusammenhang mit der Herstellung von dreidimensionalem Gewebe (Tissue Engineering) interessant. In Vorversuchen gelang es bereits, in Schwerelosigkeit Gefäßähnliche Strukturen zu züchten - ein wichtiges Ziel dieser Forschung in der Zukunft. Daher ist mittelfristig geplant, Pharmafirmen anzubieten, neue Medikamente mit Hilfe dieser dreidimensionalen Strukturen zu testen. Wenn es gelingt, in weiteren Weltraumexperimenten und begleitenden Bodenstudien die zum plötzlichen Zelltod führenden Signalwege in den Tumorzellen zu entschlüsseln, würden sich auch neue Chancen für die Entwicklung innovativer Krebsmedikamente auftun.

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

 

Zuletzt geändert am:
06.06.2014 11:04:57 Uhr