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Foto: Novespace
In Steig- und Sturzflügen wird Schwerelosigkeit erzeugt
 
Immunologie 3. März 2009

Gesundheit im Weltraum

Auf Parabelflügen wird untersucht, warum das Immunsystem in der Schwerelosigkeit seinen Dienst versagt.

Bevor Menschen dereinst auf den Mars fliegen oder auf Mondstationen arbeiten können, müssen nicht nur große technologische Hürden genommen werden. Für längere Aufenthalte in der Schwerelosigkeit ist ebenso eine neue Raumfahrtmedizin gefragt – denn seit den ersten Apollo- und Sojus-Raumfahrtmissionen ist bekannt, dass das menschliche Immunsystem offenbar Probleme mit der Schwerelosigkeit hat.

 

In der Ära von Langzeitmissionen, wie Aufenthalten auf der Internationalen Raumstation ISS, in geplanten Mondstationen oder einem Flug zum Mars, werden Astronauten nicht mehr nur Tage oder Wochen, sondern Monate und Jahre in der Schwerelosigkeit leben und arbeiten. Spätestens dann können medizinische Aspekte, die auf Kurzzeitmissionen völlig unproblematisch sind, leicht zu fundamentalen Schwierigkeiten anwachsen und die Missionen gefährden.

Gefahr für das Gehirn

Bereits in den 1980er-Jahren führte Dr. Augusto Cogoli, ETH Zürich, auf den ersten Space-Shuttle-Missionen Experimente mit menschlichen Immunzellen durch. Er stellte dabei fest, dass diese in der Schwerelosigkeit fast vollständig ihren Dienst verweigerten. Astronauten leiden bei längeren Aufenthalten im All denn auch verstärkt unter Infektionen. Zudem erwachen Viren, die zuvor vom Immunsystem gut kontrolliert waren, im Nervensystem zu neuer Aktivität.

Gerade im Gehirn ist aber eine hochfein regulierte und kontrollierte Immunüberwachung überlebenswichtig. Bei einem Zuwenig an Immunkontrolle breiten sich unerwünschte Viren im Nervensystem aus, bei einem Zuviel an Immunaktivität kommt es zu Entzündungen. Daher ist das Immunsystem des Gehirns ganz besonders heikel und unter langer Schwerelosigkeit möglicherweise gefährdet.

Zellvorgänge von der Schwerkraft abhängig

Warum das Immunsystem in der Schwerelosigkeit nicht mehr richtig funktioniert, weiß man bis heute nicht. Prof. DDr. Oliver Ullrich, Anatomisches Institut der Universität Zürich und Weltraumbiotechnologe an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, vermutet die Lösung dieses Rätsels in den Zellen selber. Seine bisherigen Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass bestimmte Zellen besonders empfindlich auf den Wegfall der Schwerkraft reagieren und dass Schwerkraft-sensitive molekulare Vorgänge im Inneren dieser Zellen existieren.

Von einzelligen Organismen wie Paramecium (Pantoffeltierchen) und Loxodes (Wimpertierchen) beispielsweise ist bekannt, dass die Schwerkraft über Gravi-Rezeptoren wahrgenommen werden kann und dass die Schwerkraft bestimmte Signalprozesse innerhalb der Zelle oder ihr Verhalten stark beeinflusst. Wenig weiß man jedoch über die molekularen Mechanismen der Schwerkraftsensitivität bei Zellen von Säugetieren.

Schwerelos im Airbus

Ullrich erforscht diese Frage anhand von Immunzellen, die er auf den sogenannten Parabelflügen in der Schwerelosigkeit untersuchen kann.

Bei den Parabelflügen werden durch wiederholte Flugmanöver mit extremen Steig- und Sturzflügen in einem Airbus A300 Phasen der Schwerelosigkeit erzeugt, in denen die Forscher direkt an Bord in einem speziellen fliegenden „Zellkulturlabor“ ihre Experimente durchführen können. Die Flüge sind die einzige Alternative zu teuren Experimenten im Weltraum, für die es wegen der beschränkten Kapazitäten jahrelange Wartezeiten gibt. Dank der Parabelflüge hat Ullrich relativ kontinuierlichen Zugang zu Experimentmöglichkeiten in Schwerelosigkeit und kann Abfolgen von biowissenschaftlichen Experimenten so wie in einem Labor auf der Erde durchführen.

Steinzeit versus Raumfahrt

„Diese Forschungsmöglichkeit müssen wir so intensiv nutzen wie möglich“, betont Ullrich, „denn bis heute verstehen wir noch nicht einmal die fundamentalsten biologischen Prozesse und Vorgänge, die die Schwerelosigkeit in menschlichen Zellen auslöst. Technologisch befinden wir uns ohne Zweifel im Zeitalter der Raumfahrt. In den Lebenswissenschaften des Weltraums müssen wir erst noch die Steinzeit verlassen.“ Um Menschen für die in einigen Jahrzehnten geplanten Marsflüge „flugfähig“ zu machen, ist deshalb eine schnelle, koordinierte und effektive biomedizinische Forschung notwendig.

Grundlegende Bedingungen des Lebens verstehen

Auch wenn Ullrich für seine Forschung buchstäblich in die Luft geht, ist sie dennoch nichts Abgehobenes. Die Schwerkraft gehört zu den grundlegendsten Bedingungen allen Lebens auf der Erde. Sie war bei der Entstehung aller komplexen molekularen Vorgänge innerhalb der Zellen und bei der Zell-Zell-Kommunikation ständig präsent. Die Frage, ob und welche Funktionen und signalübertragenden Mechanismen in Säugetierzellen von der Schwerkraft abhängig sind und auf welche Art und Weise die Schwerkraft in unseren Zellen wahrgenommen werden kann, sei deshalb nicht mehr und nicht weniger als eine Bemühung, die fundamentalsten Grundlagen der Existenz des Lebens auf der Erde zu verstehen, so Ullrich.

 

Foto: Novespace

In Steig- und Sturzflügen wird Schwerelosigkeit erzeugt

Foto: Oliver Ullrich

Schwerelos im Labor: Prof. DDr. Oliver Ullrich untersucht auf den Parabel-flügen Immunzellen unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit.

ETH Zürich/PH, Ärzte Woche

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