Wie Schwerelosigkeit Knochen schwächt: Unimedizin Greifswald geht ins All
Die Unimedizin Greifswald wird erstmals Experimente im Weltraum durchführen und untersucht dabei, wie Schwerelosigkeit die Kommunikation zwischen Knochenzellen stört und zu Knochenabbau führt. Die Experimente sollen auf der kommerziellen Raumstation HAVEN-1 stattfinden, die im kommenden Jahr in den Orbit gebracht wird.
Bild: YURI GmbH
Die Unimedizin Greifswald nimmt an der ersten Mission auf der kommerziell betriebenen Raumstation HAVEN-1 teil. Gemeinsam mit einem Team von Ingenieurinnen und Ingenieuren der Hochschule Stralsund wollen Forschende dort untersuchen, wie Schwerelosigkeit den Knochenstoffwechsel auf zellulärer Ebene beeinflusst.
Warum Schwerelosigkeit Knochen abbaut
Der Kern des Forschungsinteresses ist ein bekanntes, aber noch nicht vollständig verstandenes Problem: Astronautinnen verlieren im Weltall erhebliche Mengen an Knochenmasse. Der Grund liegt im sogenannten Mechanostat-Prinzip. Knochenzellen reagieren normalerweise auf mechanische Belastung, indem sie neues Knochengewebe aufbauen. Fehlt diese Belastung, kehrt sich der Prozess um und die Knochenmasse nimmt ab. Trotz intensiver Trainingsprogramme an Bord lässt sich dieser Verlust bislang nicht vollständig verhindern.
Das Forschungsteam um Projektkoordinator Dr.-Ing. Frank Schulze von der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Rehabilitative Medizin will nun verstehen, wie die Kommunikation zwischen den beteiligten Zelltypen in der Schwerelosigkeit gestört wird. Im Mittelpunkt stehen zwei Zelltypen: Osteozyten, die als Sensoren mechanische Belastung messen, und Osteoblasten, die neuen Knochen bilden. Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten nicht nur Astronautinnen und Astronauten zugutekommen, sondern auch Menschen mit Osteoporose, bei denen ein ähnlicher Mechanismus zum Knochenabbau führt.
Zellmodelle im All und auf der Erde gleichzeitig
Für die Experimente kombiniert das Team 3D-Biodruck mit künstlicher Gewebezüchtung, um biologische Knochenmodelle herzustellen. Dabei kommen sowohl Zellen aus der Cells+ Tissuebank Austria als auch Zellen von Patientinnen und Patienten der Unimedizin Greifswald zum Einsatz, die einer Nutzung für Forschungszwecke zugestimmt haben. Die Experimente werden parallel im All und in Köln durchgeführt, wo das Micro Gravity Research Lab des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt als irdischer Vergleichsstandort dient. Dort lassen sich Zellkulturen unter veränderten Schwerkraftbedingungen halten und beobachten. Die Hochschule Stralsund bringt ingenieurwissenschaftliche Expertise in das Projekt ein, unter anderem aus dem Labor für Additive Fertigung und digitale Produktentwicklung.
Das Projekt setzte sich in einem zweistufigen Auswahlverfahren der Europäischen Weltraumagentur ESA und der deutschen Firma YURI GmbH gegen 18 weitere Bewerbungen durch. YURI stellt die benötigte Infrastruktur und Logistik bereit, darunter einen Inkubator im Erdorbit. Die Raumstation HAVEN-1, auf der die Experimente stattfinden sollen, soll im kommenden Jahr in den Orbit gebracht werden.