Die Internationale Raumstation bietet als schwereloses Labor eine einzigartige Möglichkeit, komplexe Probleme rund um die Gesundheit der Menschen auf der Erde zu lösen.

Die Schwerelosigkeit ermöglicht es Forschern, einen völlig neuen Blickwinkel auf viele Experimente zu bekommen.

Zum Beispiel in der Alzheimerforschung:  

Bei Erkrankten kommt es zu einer zunehmenden Verschlechterung der kognitiven Fähigkeiten. Auffallend ist zunächst meistens schwindende Gedächtnisleistung. Die Erkrankung schreitet unaufhaltsam fort und endet in einer ausgeprägten Demenz. Während die genauen Ursachen unbekannt sind, wird vermutet, dass bereits Jahre vor Auftreten der ersten Symptome im Gehirn sogenannte Plaques gebildet werden. Diese bestehen aus Beta-Amyloid Proteinen, die sich zusammen mit Knäueln von Neurofibrillen (eine weitere Proteinstruktur von Nervenzellen) in den Neuronen ablagern.

Diese Beta-Amyloid Proteine zu erforschen ist nicht einfach. Bis heute gibt es keine Heilung für eine Alzheimer Erkrankung, die Wirkung der derzeit zugelassenen Medikamente ist nur gering. Hier kommt die Schwerelosigkeit ins Spiel.

Züchtet man Beta-Amyloide, die eine kristallartige Struktur haben, in einem Labor auf der Erde, werden sie nicht groß genug für genaue Analysen: die Proteinkristalle sind zu instabil und brechen, bevor sie die gewünschte Größe erreichen. In Schwerelosigkeit aber wachsen sie zu einer großen, stabilen Form. Sie können also auf der ISS gezüchtet und dann zurück auf die Erde gebracht werden, um sie weiteren Experimenten zu unterziehen. Andere Forscher befassen sich bereits mit einem weiteren Schritt: den Transport der Plaques im Gehirn. Das könnte im Idealfall zur Herstellung eines Medikamentes führen, welches eines Tages die krankmachenden Plaques aus dem Gehirn einfach abtransportiert.

Durchatmen im All und auf der Erde

Auch Atemwegserkrankungen – Asthma zum Beispiel – sind ein Fokus der ISS Experimente. Ein Ergebnis der Airway Monitoring Studie der ESA war ein Instrument, das Stickstoffmonoxid in der Ausatemluft misst. Es hilft auf einfache, günstige Art Lungenentzündungen und Asthma zu diagnostizieren. Die Technik dazu konnte bei Tests im All verfeinert werden.

Das Gerät könnte im Weiteren auch verwendet werden, um die effizientesten Moleküle zur Therapie diverser Lungenerkrankungen auskundig zu machen – und damit bessere Medikamente zu finden.

Im Kampf gegen Krebserkrankungen

Auf der ISS werden verschiedenste Studien mit dem Ziel der Entwicklung von Medikamenten gegen Krebserkrankungen durchgeführt. Im Rahmen einer dieser Studien wurde ein Wirkstoff getestet, der die Blutzufuhr von Tumorzellen angreift. Dank Schwerelosigkeit konnten Forscher endotheliale Zellen (sie kleiden unsere Gefäßwände aus) züchten. Endotheliale Zellen, die in Laboren auf der Erde gezüchtet werden, leben nicht besonders lange. Im Orbit testen Astronauten nun, ob Schwerelosigkeit das Wachstum erleichtert. Diese Zellen unterstützen die Blutzufuhr zu Tumorzellen und sorgen so dafür, dass diese mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Stört man die Funktion der Zellen, könnte man dadurch die Tumorzellen abtöten.

Endotheliale Zellen sind übrigens für viele andere Erkrankungen ebenso relevant: eine Fehlfunktion dieser Zellen wird als eine der Ursachen für Arteriosklerose, Bluthochdruck, Diabetes und Thrombosen vermutet. Auch die Häufung von Herzerkrankungen im Alter könnte sich durch Veränderungen von ihnen erklären lassen. Experimente der ESA zielen darauf ab, die Funktion endothelialer Zellen im All zu verstehen – untersucht werden DNA-Schäden, Zellteilung und Variationen im Zellzyklus, sowie Genetik.

Andere Studien legen den Fokus auf das Züchten von Stammzellen für therapeutische Zwecke. Wieder andere sehen sich, ähnlich wie bei der Alzheimerforschung, die Bildung von Proteinkristallen an, um bessere Medikamente gegen Krebs zu finden. All das geht in der Schwerelosigkeit einfacher, da die Zellen und Proteine besser wachsen.

Das Immunsystem besser kennenlernen

Astronauten im All (ähnlich wie auch das Personal von polaren Forschungsstationen) entwickeln ein geschwächtes Immunsystem. Der Effekt lässt sich mit dem vergleichen, den ältere Menschen über Jahrzehnte auf der Erde erleben. Da die Veränderungen in Astronauten sehr viel rascher auftreten, eröffnet sich auf der ISS die Chance, diese Immunschwäche zu erforschen.

Das Leukin-2 Experiment der ESA zeigte, dass Schwerelosigkeit die Aktivierung von T-Zellen stark beeinflusst. T-Zellen wiederum sind im An- und Abschalten des Immunsystems involviert. Dieselben oder ähnliche Mechanismen könnten hinter Erkrankungen des Immunsystems auf der Erde stecken. Die in Schwerelosigkeit gewonnenen Erkenntnisse bilden die Basis für mögliche zukünftige Medikamente, die das Immunsystem beeinflussen: Sowohl solche, die die Immunantwort in Patienten mit Immunschwäche verstärken, als auch solche, die sie abschwächen in Patienten mit Autoimmunerkrankungen.

Muskeln und Knochen

Die Mighty Mice in Space Studie zeigte, dass das Blockieren eines bestimmten Signalwegs (der in Muskel- und Knochenaufbau involviert ist) Astronauten gegen Muskel und Knochenverlust im All beschützt – noch dazu wurde das Wachstum der beiden Strukturen sogar angeregt. Die Ergebnisse geben Hoffnung, dass eine ähnliche Strategie auch auf der Erde funktionieren könnte.

Immer häufiger suchen Wissenschaftler im Weltall nach Antworten auf komplexe Fragen zur menschlichen Gesundheit. Die Schwerelosigkeit kann uns bei der Bekämpfung von Krankheiten auf der Erde unterstützen. Auf der ISS werden nicht nur zukünftige Expeditionen in die Weiten des Weltraums vorbereitet, sondern auch Fortschritte zur Erhöhung der Lebensqualität von uns Erdlingen erzielt. Wenn wir über die Schwerkraft hinwegsehen können, eröffnen sich Perspektiven einer völlig anderen Welt.

Referenzen:

ISS benefits for humanity 2022 (International Space Station Program Science Forum)
Leukin-2: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=254
Endothelial cells: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=1632″>
Lee, S.-J. et al. Targeting myostatin/activin A protects against skeletal muscle and bone loss during spaceflight. Proc. Natl. Acad. Sci. 117, 23942–23951 (2020).
http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/explorer/Investigation.html?#id=8075