Forschungsprojekt zu Knochenabbau im All

Ein Team der Unimedizin Greifswald wird auf der Raumstation HAVEN-1 Experimente durchfürhren, die im kommenden Jahr in den Orbit gebracht wird. Das Projekt zielt darauf ab, Mechanismen hinter dem Knochenabbau im All zu untersuchen.

„Das ist Hightech!“, sagt Karlhans Endlich, Wissenschaftlicher Vorstand der Unimedizin Greifswald. „Ohne jede Übertreibung ist dies ein Meilenstein für die Unimedizin und für Vorpommern. Mit der Teilnahme an der ersten Mission auf der HAVEN-1 sind wir nun echte Weltraumpioniere.“ Das Projekt an der Unimedizin Greifswald hat ein Team von der Hochschule Stralsund als Partner, das mit ingenieurwissenschaftlicher Expertise unterstützt.

Knochenabbau im All: Wie verändert sich die Zellkommunikation in der Schwerelosigkeit?

Die Experimente im All unterstützen vor allem zwei Zielgruppen, Astronauten und Menschen mit Osteoporose. Astronauten verlieren im Zuge ihres Aufenthaltes in der Schwerelosigkeit signifikante Mengen an Knochenmasse. Das wiederum erhöht das Risiko eines Knochenbruchs und kann für weitere Komplikationen sorgen.

Das liegt am Mechanostat-Prinzip: Knochenzellen merken normalerweise, wenn sie belastet werden und bauen dann neue Masse auf. Ohne Belastung passiert das Gegenteil, Knochenabbau setzt ein. Das Forschungsteam von der Unimedizin und von der Hochschule Stralsund will nun genau wissen, wie die Zellkommunikation im Knochen funktioniert und wie sie sich in der Schwerelosigkeit verändert. Dafür nutzen Osteozyten und Osteoblasten.

„Unser Ziel ist es zu entschlüsseln, wie in der Schwerelosigkeit Störungen der zellulären Kommunikation entstehen, welche dann trotz intensiver Trainingsprogramme im All in Knochenabbau enden“, sagt Dr.-Ing. Frank Schulze, der Projektkoordinator von der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Rehabilitative Medizin in Greifswald.

Brücke zwischen Raumfahrtforschung und klinischer Anwendung

„Dazu erstellen wir durch die Kombination von 3D-Bioprinting und künstlicher Gewebezüchtung biologische Modelle. So schlagen wir die Brücke zwischen innovativer Raumfahrtforschung und klinischer Anwendung“, erläutert Schulze weiter. Hierfür kommt Material zum Einsatz, welches durch die Cells+ Tissuebank Austria (CTBA) für Forschungszwecke zur Verfügung gestellt wird. Außerdem werden Zellen von Patienten der Unimedizin Greifswald verwendet, die im Rahmen ihrer Behandlung eingewilligt haben, dass diese für Forschungszwecke genutzt werden. „Unsere Patienten machen die Forschung im Weltraum also erst möglich“, ergänzt Prof. Georgi Wassilew, Direktor der Klinik für Orthopädie, Unfallchirurgie und Rehabilitative Medizin.

Das Forschungsteam führt die Tests gleichzeitig im All und auf der Erde in Köln durch, um die Ergebnisse mit einer Kontrollgruppe zu vergleichen. Als Forschungsstandort wird hierfür das Micro Gravity Research Lab in Köln fungieren, das auch als „μG-Lab“ bekannt ist. Dabei handelt es sich um eine Forschungseinrichtung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, in dem es möglich ist, Zellkulturen und Organismen unter veränderten Schwerkraftbedingungen zu halten und zu untersuchen.

Ingenieurwissenschaftliches Know-how für die Gesundheitsforschung

Das Labor für Additive Fertigung und digitale Produktentwicklung der Hochschule Stralsund unterstützt das Projekt vor allem in Ingenieursfragen. „Ingenieurwissenschaftliches Know-how wird im Gesundheitssektor immer relevanter, deswegen gehen wir bewusst und sehr gern in solche interdisziplinären Projekte“, sagt Sven Klimaschewski, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät für Maschinenbau aus der Arbeitsgruppe von Prof. Mark Vehse und Mitglied des Projektteams.

„Wir alle sind extrem stolz darauf, dass wir an dieser Mission teilnehmen können“, sagt Schulze als Projektkoordinator des Projekts zu Knochenabbau im All. In einem zweistufigen Auswahlverfahren setzte er sich mit seinem Team gegen 18 andere Bewerber durch. Zusammen mit dem Projekt aus Vorpommern konnte sich auch ein weiteres von der Technischen Universität Dresden qualifizieren.

Das Auswahlverfahren wurde von der European Space Agency (ESA) und der deutschen Firma YURI GmbH durchgeführt. YURI ist ein deutsches Unternehmen, das sich darauf spezialisiert hat, Experimente im Weltall als Dienstleistung anzubieten und die benötigte Infrastruktur sowie die Logistik eines solchen Experimentes zur Verfügung zu stellen. Dazu zählt zum Beispiel ein Inkubator im Erdorbit.

„Wir ziehen nun alle an einem Strang“, sagt Schulze. „Der Weltraum ist die lebensfeindlichste Umgebung, die es gibt. Es geht nur miteinander und ich bin froh, dass alle Projektpartnerinnen und -partner so gut und professionell miteinander arbeiten.“