Wie verhält sich das Gehirn im Weltraum? – Erfolgreiche Experimente von GSI/FAIR-Wissenschaftler*innen auf unbemanntem DLR-Forschungsraketenflug MAPHEUS-14
10.06.2024 |
Um den Einfluss von Schwerelosigkeit und Weltraumstrahlung auf das menschliche Gehirn zu untersuchen, haben ein Forschungsteam von GSI/FAIR vor Kurzem erfolgreiche Experimente in einer unbemannten Raumfahrtmission durchgeführt. Der Forschungsgruppe um Dr. Insa Schroeder und ihre Doktorandin Kim Knorr aus der Abteilung Biophysik von GSI/FAIR gelang es erstmals, sogenannte Gehirnorganoide in eine Höhe von 265 Kilometern zu schicken und sie rund sechseinhalb Minuten lang realer Schwerelosigkeit aussetzen. Das Experiment fand im Rahmen des Forschungsprojekts „Rocket Organoids Under Microgravity In Space“ als Teil einer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) organisierten Kampagne von insgesamt 14 wissenschaftlichen Experimenten mit der Höhenforschungsrakete MAPHEUS-14 statt. Der Flug von der schwedischen Raketenbasis ESRANGE war ein voller Erfolg. Die Untersuchung von Strahlungseffekten im Weltraum ist eines der zentralen Forschungsthemen des GSI/FAIR-Biophysikprogramms.
Für Astronaut*innen in Langzeitmissionen sind sowohl die Weltraumstrahlung als auch die Schwerelosigkeit eine potentielle Bedrohung für ihre Gesundheit und Leistungsfähigkeit, denn beide Konditionen können zu Veränderungen der neuronalen Netzwerke im Gehirn und zu kognitiven Einschränkungen führen, wie sie ähnlich auch bei Patient*innen mit Depressionen und anderen neuropsychologischen Erkrankungen auftreten. Um die Veränderungen im Gehirn unter Schwerelosigkeit und Weltraumstrahlung zu untersuchen, nutzen Forschende der Abteilung Biophysik von GSI/FAIR Gehirnorganoide, um sie unter simulierten Weltraumbedingungen zu testen. Diese Organoide werden aus menschlichen Stammzellen hergestellt und können, obwohl sie kein vollständig ausgebildetes Gehirn darstellen, dennoch die Architektur und spezifische Funktion des Gehirns in Teilen nachahmen und sind somit ein wertvolles Forschungsmodell.
„Die Mission dient dem ersten Erkenntnisgewinn nach kurzer Zeit in realer Mikrogravitation, bei der bereits einige Veränderungen der Genexpression der Gehirnorganoide in der Schwerelosigkeit erwartet werden. Wir haben darüber hinaus wertvolle Erfahrungen hinsichtlich der Kultivierung, des Ablaufs und der Logistik, die einem solchen Experiment zugrunde liegen, gemacht,“ sagt Dr. Schroeder. Denn die komplexen Organoide überstanden den Transport nach Schweden, den Raketenflug und die anschließende Bergung mit Bravour und werden derzeit auf zelluläre Veränderungen untersucht.
Die zum Gelingen notwendige Infrastruktur wurde in Kooperation mit der Abteilung Gravitationsbiologie unter Privatdozentin Dr. Ruth Hemmersbach und Dr. Christian Liemersdorf und den Ingenieur*innen Sebastian Feles und Ilse Holbeck vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des DLR entwickelt. In Zukunft sollen die Gehirnorganoide möglichst in einem Langzeitexperiment auf der Internationen Weltraumstation ISS weitere Erkenntnisse zur Veränderung des Gehirns unter realen Weltraumbedingungen liefern. Dazu werden, in Kollaboration mit ProfessorDr. Sherif El Sheikh von der Technischen Hochschule Köln auch neuartige Substanzen getestet, die das neuronale Netzwerk des Gehirns schützen sollen. Diese Erkenntnisse können nicht nur zukünftigen Astronaut*innen helfen, sondern auch Patient*innen, die unter Depressionen oder anderen neuropsychologischen Erkrankungen leiden. (CP)
