Magdeburger 3D-Modell zeigt Risiken von Mondstaub für die Atemwege
Ein Magdeburger Forschungsteam hat mit einem neu entwickelten 3D-Modell menschlicher Atemwege gezeigt, dass simulierter Mondstaub die Schutzmechanismen der Lunge stärker beeinträchtigt als irdischer Feinstaub. Die Ergebnisse könnten künftig helfen, Grenzwerte und Schutzmaßnahmen für Mondmissionen zu entwickeln.
Bild: Universitätsmedizin Magdeburg/Marcus Krüger
Ein interdisziplinäres Forschungsteam unter Beteiligung der Universitätsmedizin Magdeburg hat erstmals mithilfe eines dreidimensionalen Atemwegsmodells untersucht, wie sich Mondstaub auf die Schutzmechanismen der menschlichen Lunge auswirkt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Trends in Biotechnology veröffentlicht.
Ein realitätsnahes Modell für eine bislang wenig erforschte Frage
Bereits Astronautinnen und Astronauten der Apollo-Missionen berichteten nach Kontakt mit Mondstaub über Beschwerden, die an Heuschnupfen erinnerten. Wie sich das Material auf die menschliche Gesundheit auswirkt, ist bis heute jedoch nur unzureichend verstanden. Das liegt auch daran, dass Mondstaub sich deutlich von irdischem Staub unterscheidet: Seine Körner sind grob, scharfkantig und enthalten chemische Bestandteile, die anders auf den Körper wirken können als gewöhnlicher Feinstaub.Um dieser Frage nachzugehen, entwickelte das Forschungslabor der Abteilung Thoraxchirurgie an der Universitätsmedizin Magdeburg ein Modell menschlicher Bronchien aus echten Zellen, die auf einem biologischen Gerüst wachsen. Anders als bei vielen früheren Studien, die auf Tierversuchen oder zweidimensionalen Zellkulturen beruhten, bildet dieses Modell zentrale Funktionen der Atemwege gleichzeitig nach, darunter die Schleimproduktion, die Bewegung der Flimmerhärchen und die Barrierefunktion des Gewebes. Die Forschenden setzten das Modell einem gängigen Mondstaub-Ersatzmaterial aus und verglichen die Reaktion mit der auf irdischen Feinstaubpartikeln der Größenklasse PM10.
Deutlich stärkere Reaktion als bei irdischem Feinstaub
Die Ergebnisse zeigen, dass der simulierte Mondstaub bereits wenige Stunden nach Kontakt Veränderungen auslöste. Zunächst produzierte das Gewebe vermehrt Schleim, gleichzeitig ließ die Beweglichkeit der Flimmerhärchen nach. Nach 72 Stunden sank deren Schlagfrequenz von rund 10 auf etwa 7 Schläge pro Sekunde, wodurch eingeatmete Partikel länger in den Atemwegen verbleiben könnten. Auch die schützende Zellschicht der Atemwege wurde beeinträchtigt, zudem fanden sich Hinweise auf Gewebeveränderungen, wie sie auch bei chronischen Atemwegserkrankungen auftreten. Elf Proteine ließen sich ausschließlich nach Kontakt mit Mondstaub nachweisen.
Für künftige, längerfristige Mondmissionen und eine mögliche Mondbasis sind diese Erkenntnisse relevant, da sie zur Festlegung von Grenzwerten und zur Entwicklung von Schutzmaßnahmen für Astronautinnen und Astronauten beitragen könnten. Die Forschenden weisen jedoch darauf hin, dass es sich um eine Pilotstudie mit einem Mondstaub-Ersatzmaterial handelt, das echten Mondstaub nur teilweise nachbildet, und dass dem Modell bislang Immunzellen fehlen. In weiteren Untersuchungen soll das Modell erweitert und auch mit echtem Mondstaub getestet werden, sobald dieser in ausreichender Menge verfügbar ist. Das entwickelte Atemwegsmodell könnte darüber hinaus auch auf der Erde eingesetzt werden, etwa zur Untersuchung von Luftverschmutzung oder Vulkanstaub.