Wie wirkt Schwerkraft auf die Zellen von Tieren und Pflanzen? Was passiert im Inneren der Zellen, wenn die Schwerkraft wegfällt? Und welche Rolle spielt die Schwerkraft auf der Erde und im All bei Erkrankungen? Mit dem deutschen Experiment FLUMIAS sollen diese Fragen in Zukunft beantwortet werden.
Das Fluoreszenzmikroskop ist in der Lage, hochauflösende Bilder von lebenden Zellen zu erstellen. Im Rahmen der horizons-Mission des deutschen ESA-Astronauten Alexander Gerst wird es im Juni 2018 zusammen mit weiteren Experimenten an Bord einer Dragon-Kapsel zur Internationalen Raumstation starten. Mit Hilfe von FLUMIAS wird es dann auf der ISS erstmalig möglich sein, lebende Zellen über einen längeren Zeitraum hinweg zu beobachten.
Bereits heute ist die hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie eine der grundlegenden Methoden, um den räumlichen Aufbau von Zellstrukturen zu erforschen. Besonders für die Beobachtung von dynamischen Prozessen, wie zum Beispiel dem Umbau des Zellskeletts (der Grundstruktur der Zelle), werden häufig lebende Zellen mikroskopiert. Anhand der Live-Cell-Imaging-Methode (Lebend-Zellbeobachtung) werden darin mit speziellen Farbstoffen oder fluoreszierenden Proteinen spezifische Zellstrukturen sichtbar gemacht.
FLUMIAS ermöglicht Erstellung von Videos und 3D-Modellen
Bis jetzt stand für diese Live Cell Imaging auf der Raumstation kein geeignetes Gerät zur Verfügung. Zellen wurden auf die Raumstation gebracht, dort fixiert, und erst nach der Rückkehr zur Erde mikroskopisch oder mit anderen Methoden analysiert. Dies bedeutete für die Forschung, dass lediglich Momentaufnahmen untersucht werden konnten. FLUMIAS kann dagegen hochauflösende Bilder der lebenden Zellen im All über mehrere Tage oder Wochen aufnehmen. Per Computer entstehen daraus später 3D-Modelle oder kurze Filmaufnahmen.
Während der horizons-Mission werden Zellskelett und Zellkerne von lebende Makrophagen - menschliche Immunzellen - unter dem Mikroskop beobachtet. Durch die Forschung unter Schwerelosigkeit wollen die Wissenschaftler ergründen, wie die Gesundheit der Astronauten bei Raumflügen sichergestellt werden kann. Dies ist besonders hinsichtlich geplanter Langzeitmissionen, wie etwa zum Mars, von Bedeutung. Von der Grundlagenforschung in den Bereichen Zellbiologie, Molekularbiologie, Biomedizin und Pflanzenphysiologie profitieren aber auch die Menschen auf der Erde: Mit FLUMIAS sollen auch neurodegenerativen Erkrankungen, Immunschwäche oder die Entstehung von Tumoren tiefergehend erforscht werden.
Wissenschaftler arbeiten bereits an optimiertem Modell
Ein weiteres FLUMIAS-Modell ist für den Einsatz auf der ISS bereits in Vorbereitung. Durch eingebaute Lebenserhaltungssysteme und Probenwechsler können dann in der größeren FLUMIAS-Anlage bis zu sechs unterschiedliche Experimente in einer Mission durchgeführt werden. Als Besonderheit ist hier das Mikroskop auf einem Rotor montiert. So kann die Schwerkraft durch Beschleunigung künstlich "an" und "ab" geschaltet werden. Hierdurch werden auch die Untersuchung besonders schneller Zell-Reaktionen sowie die Bestimmung von Schwellenwerten der Schwerkraftwahrnehmung möglich.
FLUMIAS wird im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements vom Raumfahrtunternehmen Airbus Defence and Space entwickelt. Es beinhaltet als Herzstück der Anlage ein hochinnovatives Mikroskop der Firma TILL I.D. Nach dem Transport auf die ISS im Juni 2018 wird FLUMIAS von der Firma SpaceTango zehn Tage lang im Orbit betrieben. Das Zell-Experiment wird von Wissenschaftlern der Universität Magdeburg betreut.