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Menschliches Gewebe lässt sich im Weltraum besser herstellen als auf der Erde. Davon versprechen sich Zürcher Forscher Grosses.
Klingt nach Science-Fiction. Aber es ist nicht. «Unsere Vision ist die routinemässige Herstellung von Schwerelosigkeits-Miniorganen», sagt Cora Thiel vom Space Hub der Universität Zürich. Wenn es um Mini-Organe geht, meint es menschliches Gewebe wie Lebergewebe oder Knorpel, und Schwerelosigkeit bedeutet Weltraum.
Zellen verhalten sich anders
Angefangen hat alles vor fünf Jahren am Flughafen Dübendorf bei Zürich. Hier beginnen die sogenannten „Parabelflüge“. Mit einem speziellen Kletter- und Tauchmanöver können Sie für ganz kurze Zeit Schwerelosigkeit erzeugen. Auch menschliche Stammzellen, also die Keimzellen menschlichen Gewebes, waren immer mit an Bord. Mikrobiologe Thiel und sein Kollege Oliver Ullrich, Arzt und Direktor des Space Hub, wollten untersuchen, ob sich Zellen im Atem der Schwerelosigkeit anders verhalten als auf der Erde, wo die Schwerkraft sie flach hält.
Bildunterschrift: Menschliche Stammzellen verhalten sich in der Schwerelosigkeit anders als auf der Erde. Das Bild zeigt menschliche Knochenmarkstammzellen unter einem Mikroskop. Weltraumzentrum der UZH
Stammzellen verhielten sich anders. Und so vielversprechend anders, dass Thiel und Ullrich ihre Zellen nonstop schwerelos zur Internationalen Raumstation ISS bringen wollten.
Mini-Organe in der ISS
Inzwischen haben sie in Zusammenarbeit mit Airbus zwei ISS-Missionen hinter sich. Zuletzt befanden sich 250 Probenröhrchen vier Wochen lang in der Schwerelosigkeit. Die Probenröhrchen wurden mit Knochenmarkstammzellen von fünf Spendern und verschiedenen Nährlösungen auf der Erde gefüllt. Anschließend kamen sie in einen sogenannten Bioreaktor: eine etwa schuhkartongroße Metallbox. Schließlich wurde der Bioreaktor von Florida zur ISS geschickt und nie wieder berührt. „Wir bearbeiten das Land“, sagt Oliver Ullrich. “Im Weltraum ausgebrütet”.
Bildunterschrift: Stammzellen werden im Bioreaktor „ausgebrütet“. UZH Space Hub // ISS
Die Inkubation war erfolgreich, wie die Evaluation in Zürich zeigte. „Wir hatten auf jedem Muster Stoffstücke“, freut sich Cora Thiel. Die Stoffstücke waren bis zu 1,5 Millimeter groß und wuchsen in alle drei Dimensionen. Je nachdem, in welcher Nährlösung die Zellen gelagert wurden, fand Thiel auch die typischen Merkmale der Gewebe: Leber, Knochen und Knorpel. Gewebegruppen sind wie Mini-Organe, Organoide genannt, die auf der Erde mindestens 30 Tage lang intakt bleiben.
Aber wozu das alles?
Ullrich erklärt, dass solche Organoide wie menschliches Lebergewebe verwendet werden können, um die Toxizität von Medikamenten früh im Entwicklungsprozess zu testen und Tierversuche zu ersetzen. Auch auf der Erde wird versucht, Organoide für Drogentests zu züchten. Damit räumliche Strukturen entstehen, braucht es eine Matrix, ein Gerüst. Ohne Matrix widersteht die Schwerkraft und die Zellen sind flach. „Was man normalerweise am Boden im Labor mit viel Aufwand erledigen muss, erledigt man bei uns einfach in der Schwerelosigkeit“, erklärt Oliver Ullrich.
Was Sie sonst im Labor mit großer Anstrengung auf dem Boden erledigen müssen, erledigen Sie bei uns einfach aus der Schwerelosigkeit heraus.
Das Forscherteam ist überzeugt, dass seine Organoide bereits in Toxizitätstests eingesetzt werden könnten. Ein Start-up soll sein Produkt bald auf den Markt bringen können.
Hergestellt in Wellall
Öffnen Sie die Schachtel. Schließen Sie die Schachtel
Menschliches Gewebe ist bei weitem nicht das einzige, das im Weltraum offenbar besser hergestellt werden kann als auf der Erde. Auch die Züchtung von Proteinkristallen, die für die Medikamentenentwicklung notwendig sind, funktioniert am besten in der Schwerelosigkeit. Auch Glasfasern, Metalllegierungen und Halbleiter müssen im Weltraum qualitativ hochwertiger produziert werden können als auf der Erde.
Neben den Projekten arbeiten private Unternehmen bereits an neuen Plattformen, auf denen Weltraumprodukte hergestellt werden könnten. Die Firma Axiom zum Beispiel will neue Module an die ISS anbinden. Sierra Space und Blue Origin planen die Raumstation Orbital Reef. Nanoracks arbeitet mit anderen Leuten bei Starlab Station zusammen.
Gleichzeitig wird es immer schwieriger, Material in den Weltraum zu transportieren. Raketenstarts werden immer billiger. Laut Oliver Ullrich vom Space Hub der Universität Zürich kann ein Kilogramm für etwa 2500 Dollar ins All geschleudert werden. Vor zehn Jahren war es mindestens zehnmal teurer. Das Raumfahrtgeschäft boomt also. Wann die ersten Produkte verfügbar sein werden, ist noch schwer vorherzusagen.
Oliver Ullrich und Cora Thiel haben bereits eine neue Vision: die Transplantationsmedizin. Nehmen Sie die Stammzellen des Patienten, schicken Sie sie in den Weltraum und stellen Sie das Gewebe her, das Sie transplantieren möchten. Dann gäbe es keine Abstoßungsreaktion. „Das wäre natürlich der heilige Gral“, sagt Ullrich. Aber das ist jetzt wirklich Science-Fiction.