Die veränderte Schwerkraft im Weltraum kann physiologische Veränderungen hervorrufen. Eine davon ist die Unfähigkeit, die Blase vollständig zu entleeren (Harnverhalt). Schwerelosigkeit führt zu Knochenschwund, wodurch der Kalziumspiegel im Blut ansteigt und das Risiko für Nierensteine zunimmt. Die Ergebnisse dieser neuen Studie könnten Aufschluss über altersbedingten Knochenschwund geben, von dem Millionen Menschen auf der Erde betroffen sind.
Die veränderte Schwerkraft im Weltraum kann physiologische Veränderungen hervorrufen. Eine dieser Veränderungen ist die Unfähigkeit, die Blase vollständig zu entleeren (Harnverhalt). Ursachen für Harnverhalt im frühen Weltraumstadium sind unter anderem Veränderungen der physiologischen Ausgangswerte während des Aufenthalts in der Mikrogravitation, anticholinerge Nebenwirkungen von Medikamenten gegen Reisekrankheit und weitere Faktoren. Harnverhalt kann die Gesundheit im Orbit beeinträchtigen, Beschwerden verursachen und das Risiko von Harnwegsinfektionen erhöhen. Behandlungen, wie beispielsweise die Harnröhrenkatheterisierung, wurden bereits im Weltraum durchgeführt.
Astronaut Mark Vande Hei tauscht Teile der neuen, verbesserten Toilette aus, die auf der Internationalen Raumstation installiert wurde. NASA
Die Exposition gegenüber Mikrogravitation führt auch zu Knochenschwund, was den Kalziumspiegel im Blut erhöht und das Risiko für Nierensteine steigert. Strategien zur Risikominderung, darunter Bewegung und ausreichende Flüssigkeitszufuhr, sind gut etabliert, jedoch fehlen derzeit Behandlungsmöglichkeiten für Nierensteine während Forschungsexpeditionen.
Expeditionsingenieur Thomas Reiter verarbeitet an Bord der ISS Proben für die Nierensteinforschung. (NASA)
Bei Langzeitmissionen kann es bei Astronauten trotz regelmäßiger körperlicher Aktivität zu einem allmählichen Verlust der Knochendichte kommen – typischerweise 1–2 % pro Monat. Wissenschaftler verstehen zwar, wie Knochen auf der Erde funktionieren, sind sich aber nicht sicher, warum sie in der Schwerelosigkeit so schnell schwächer werden.
NASA-Forschungen auf der Raumstation haben gezeigt, dass die Mikrogravitation das Verhalten von Stammzellen und die von ihnen abgesonderten Substanzen beeinflusst. Wissenschaftler wollen diese zellulären Veränderungen nun genauer untersuchen, um die Ursachen des Knochenschwunds im Weltraum besser zu verstehen und mögliche Präventionsmaßnahmen zu erforschen.
Die Studie „Knochenverlust in der Mikrogravitation“ (MABL-B) konzentriert sich auf spezialisierte Stammzellen, sogenannte mesenchymale Stammzellen (MSCs). Während ihrer Reifung bilden diese Zellen neues Knochengewebe im Körper.
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Wissenschaftler vermuten, dass das IL-6-Protein die Ursache für Knochenprobleme im Weltraum sein könnte. Daten der vorherigen MABL-A-Mission deuten darauf hin, dass Mikrogravitation eine bestimmte Art von IL-6-Signal stimuliert, die den Knochenabbau verstärkt. Das MABL-B-Experiment untersucht dies, indem es Methoden zur Blockierung dieses IL-6-Signalwegs testet.
Im Rahmen des Experiments werden mesenchymale Stammzellen zusammen mit anderen Knochenzellen in speziellen, für die Weltraumforschung entwickelten Behältern gezüchtet. Die Zellen werden 19 Tage lang an Bord der Raumstation kultiviert, wobei die Besatzungsmitglieder regelmäßig Proben für die Analyse auf der Erde entnehmen.
Die Forschung könnte zur Entwicklung gezielter Behandlungen führen, die Astronauten während Langzeitmissionen zum Mond, Mars und darüber hinaus vor Knochenschwund schützen. Je weiter sich die Besatzungen von der Erde entfernen, desto wichtiger wird die Knochengesundheit, da eine medizinische Evakuierung oder eine Notfallrückkehr zur Erde während Marsmissionen unmöglich ist.
Die Studienergebnisse könnten Aufschluss über altersbedingten Knochenschwund geben, von dem weltweit Millionen Menschen betroffen sind. Das Verständnis des Einflusses von IL-6 auf die Knochengesundheit könnte zur Entwicklung neuer Therapien gegen Osteoporose und andere altersbedingte Knochenerkrankungen führen.
Die Untersuchung biologischer und physikalischer Phänomene unter extremen Bedingungen ermöglicht es Forschern, grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen, die für längere Raumflüge und längere Aufenthalte im Weltraum benötigt werden und gleichzeitig dem Leben auf der Erde zugutekommen.
Das Experiment untersucht die Auswirkungen der Mikrogravitation auf Zellen, die am Knochenaufbau und -abbau beteiligt sind, und erforscht mögliche Wege zur Vorbeugung von Knochenschwund. Diese Forschung könnte dazu beitragen, Astronauten bei zukünftigen Langzeitmissionen zum Mond und Mars zu schützen und die Entwicklung von Osteoporose-Therapien für Millionen von Menschen auf der Erde voranzutreiben.
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