15. Dezember 2017
Forschung mit Immun-, Nerven- und Krebszellen auf der Internationalen Raumstation

Auf dem Weg zur ISS: Deut­sche Ex­pe­ri­men­te in Smart­pho­ne-Grö­ße

Auf zur ISS: Die Fal­con-9-Ra­ke­te von SpaceX beim Start am 15. De­zem­ber 2017
Bild 1/5, Credit: NASA.

Auf zur ISS: Die Falcon-9-Rakete von SpaceX beim Start am 15. Dezember 2017

Die Fal­con-9-Ra­ke­te der US-ame­ri­ka­ni­schen Fir­ma SpaceX und die Dra­gon Raum­kap­sel beim Start am 15. De­zem­ber 2017 um 10.36 Uhr Orts­zeit (16.36 Uhr MEZ) vom NA­SA-Raum­flug­zen­trum Ca­pe Ca­na­ve­ral in Flo­ri­da (USA). Am Sonn­tag­mor­gen MEZ soll das Dra­gon-Raum­schiff an die In­ter­na­tio­na­le Raum­sta­ti­on an­do­cken.
Über­prü­fung der Zell­pro­ben
Bild 2/5, Credit: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Markus Wehland.

Überprüfung der Zellproben

Die Wis­sen­schaft­ler der Uni­ver­si­tät Mag­de­burg ver­meh­ren die mensch­li­chen Schild­drü­sen­krebs­zel­len im La­bor für ih­ren Ein­satz im Welt­raum. Be­vor die ge­züch­te­ten Zel­len in die Ex­pe­ri­ment­kam­mern über­führt wer­den, wer­den sie un­ter dem Mi­kro­skop über­prüft.
Schild­drü­sen-Krebs­zel­len un­ter dem Mi­kro­skop
Bild 3/5, Credit: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Markus Wehland.

Schilddrüsen-Krebszellen unter dem Mikroskop

Un­ter dem Mi­kro­skop sicht­bar: Schild­drü­sen-Krebs­zel­len der Li­nie FTC-133 wer­den im La­bor ge­züch­tet und an­schlie­ßend in die Ex­pe­ri­ment­con­tai­ner über­führt.
Ex­pe­ri­ment­kam­mer in Smart­pho­ne-Grö­ße
Bild 4/5, Credit: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Markus Wehland.

Experimentkammer in Smartphone-Größe

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.
Be­fül­len der Ex­pe­ri­ment­kam­mer-Tanks
Bild 5/5, Credit: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg/Markus Wehland.

Befüllen der Experimentkammer-Tanks

Das Fo­to zeigt das Be­fül­len der Tanks der Ex­pe­ri­ment­kam­mer mit ei­ner Nähr­lö­sung für die Zel­le­pro­ben auf der In­ter­na­tio­na­len Raum­sta­ti­on.

  • Am 15. Dezember 2017 hat eine Falcon-9-Rakete drei Zellkultur-Experimente von deutschen Wissenschaftlern zur Internationalen Raumstation ISS gebracht.
  • Die Experimente in Smartphone-Größe beinhalten Immun-, Nerven- und Krebszellen.
  • Die biologischen Proben bleiben über einen Zeitraum von 30 Tagen in Schwerelosigkeit und werden nach ihrer Rückkehr zur Erde im Labor untersucht werden.
  • Schwerpunkt: Raumfahrt, Exploration

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.

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."

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.

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  • Diana Gonzalez
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Deut­sche Raum­fahr­t­agen­tur im DLR
    Stra­te­gie und Kom­mu­ni­ka­ti­on
    Telefon: +49 228 447-388
    Königswinterer Str. 522-524
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