Das Protein TM4SF1 (grün) wird in großen Mengen von Endothelzellen produziert, die die Blutgefäße des Körpers auskleiden. Ein neues Raumstationsexperiment untersucht das Wachstum von Endothelzellen und ihre Reaktion auf ein Antitumormittel.
(Bild: © Angiex)
SpaceX plant den 29. Juni als Starttermin für seine nächste Nachschubmission zur Internationalen Raumstation. Um 5:41 Uhr EST (0941 GMT) wird ein zuvor verwendetes Drachenfrachtschiff von der Cape Canaveral Air Force Station abheben und eine neue Reihe von Forschungsexperimenten und Vorräten zum Außenposten der Umlaufbahn bringen.
Dieser Flug ist der 12. Start in diesem Jahr für SpaceX und die 15. Mission zur Wiederauffüllung der gesamten Fracht. In einer Medienkonferenz am 11. Juni gab die NASA eine Vorschau auf die Forschungsnutzlasten, die voraussichtlich noch in diesem Monat an die Station geliefert werden.
"Die heute hier vorgestellte Forschung stellt nur einige der Hunderte von Experimenten dar, die von dieser Frachtversorgungsmission unterstützt werden", sagte David Brady, stellvertretender Programmwissenschaftler für das Internationale Raumstationsprogramm im Johnson Space Center der NASA, während der Telefonkonferenz. [Die Internationale Raumstation: Innen und Außen (Infografik)]
Hier ein Blick auf einige der seltsamen wissenschaftlichen Erkenntnisse an Bord des Raumfahrzeugs Dragon, darunter ein neues Medikament zur Krebsbekämpfung, eine Untersuchung der Nagetierforschung und ein Blick darauf, wie Algen und Bakterien auf die Weltraumumgebung reagieren. (Außerdem schicken sie einen freundlichen schwimmenden Droidenball.
Tumore anvisieren
Paul Jaminet, ein ehemaliger Harvard-Astrophysiker, der zum Unternehmer wurde, und sein Chefwissenschaftler Shou-Ching Jaminet hoffen zu testen, was ein bedeutender Durchbruch bei der Behandlung von Krebs sein könnte. In ihrem als Angiex bezeichneten Experiment wird untersucht, wie Endothelzellen - dh Zellen, die die Blutgefäße im Körper auskleiden - nicht nur auf die Schwerelosigkeit, sondern auch auf ein neuartiges Tumor-Targeting-Medikament reagieren.
Vor Ort hat sich die Therapie bei Mäusen als unglaublich wirksam erwiesen. Das Medikament zielt nicht nur auf Tumore ab, sondern auch auf die Blutgefäße, die sie unterstützen. Ähnlich wie bei gesunden Zellen bei Herzinfarkt oder Schlaganfall stirbt der Tumor mit, wenn die mit einem Tumor verbundenen Blutgefäße sterben.
Trotz des nachgewiesenen Erfolgs ist die Sicherheit eines der größten Probleme mit dem Medikament. Da es sowohl auf Tumoren als auch auf die sie unterstützenden Blutgefäße abzielt, möchten die Forscher sicherstellen, dass sie dabei keine gesunden Blutgefäße schädigen. "Wir wollen den Krebs der Menschen sehr gerne heilen, aber wir wollen nicht, dass sie weiterhin an Herz-Kreislauf-Erkrankungen durch unser Medikament sterben", erklärte Jaminet.
Eine der Herausforderungen besteht darin, dass es kein gutes In-vitro-Zellkulturmodell für Blutgefäße gibt. Um zu verstehen, wie Blutgefäße funktionieren, müssen Sie In-vivo-Studien an lebenden Tieren durchführen. "Und man kann nicht sehr gut in die Zellen sehen", sagte Jaminet. Und hier kommt die Raumstation ins Spiel - wenn diese Art von Zelle in Mikrogravitation gezüchtet wird, verhält sie sich laut NASA-Projektseite eher wie die in echten Blutgefäßen am Boden.
Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass Endothelzellen im Weltraum nicht sehr gut wachsen. In diesem Experiment wird daher weiter untersucht, wie Endothelzellen in einer Mikrogravitationsumgebung wachsen und wie diese Zellen auf die Behandlung reagieren.
"Wir werden diese Zellen im Weltraum mit unserem Medikament behandeln. Wir können sehen, ob die Reaktion auf das Medikament in der Schwerelosigkeit anders ist als am Boden", sagte Jaminet während des Anrufs. "Und wenn ja, dann wäre das eine wirklich interessante Biologie."
Anpassung an die Raumfahrt
Im Rahmen der CRS-15-Mission wird eine Besatzung von 20 mutigen Moustronauten zur Raumstation fliegen, um den Forschern ein besseres Verständnis der Gehirn-Darm-Verbindung zu ermöglichen. Forscher wissen, dass die Population von Bakterien in Ihrem Darm einen Einfluss auf Ihre allgemeine Gesundheit hat. Wenn Missionen länger werden und die Menschheit weiter in den Weltraum vordringt, ist es wichtig zu verstehen, wie sich die Raumfahrt auf das Mikrobiom des Menschen auswirkt.
Fred Turek und Martha Vitaterna, Forscher der Northwestern University, sind die Hauptforscher der Mission Rodent Research-7, in der untersucht wird, wie sich die Weltraumumgebung auf die Gemeinschaft der Mikroorganismen - sogenannte Mikrobiota - im Magen-Darm-Trakt von Mäusen auswirkt.
"Es ist schwer vorstellbar, wie man sich über Stuhlproben aufregen kann", scherzte Vitaterna während der Telefonkonferenz. "Aber glauben Sie mir, wir freuen uns sehr über Stuhlproben." Sie erklärte weiter, dass die Untersuchung von Bakterien in Stuhlproben eine gute Möglichkeit ist, die Arten von Bakterien im Darm selbst abzubilden.
Dies ist das bislang längste Raumfahrt-Experiment für Nagetiere, mit dem Forscher untersuchen können, wie sich die langfristigen Veränderungen auf die Raumfahrt auswirken. Aber sie betrachten nicht nur das Mikrobiom des Magen-Darm-Trakts. Sie werden auch eine Vielzahl anderer physiologischer Systeme untersuchen, von denen bekannt ist, dass sie auf die Reaktion des Darmmikrobioms reagieren oder diese beeinflussen - wie das Immunsystem, den Stoffwechsel und den zirkadianen Rhythmus, von denen letzteres den Schlaf antreibt.
Die Forscher hoffen, dass diese Studie ein umfassenderes Bild davon liefert, wie diese verschiedenen Systeme interagieren und wie sie auf die Weltraumumgebung reagieren. [Warum schicken wir Tiere in den Weltraum?]
Zukünftiges Weltraumessen
Wenn die Missionen länger werden und wir uns weiter in den Weltraum wagen, müssen die Besatzungen in der Lage sein, ihr eigenes Essen anzubauen. Dies würde die Vorräte reduzieren, die sie mitbringen müssten, und es hat auch gesundheitliche Vorteile. Mit der Erweiterung der Vegetationspflanzen-Wachstumskammern auf der Raumstation kann die NASA sicherstellen, dass die Besatzungen Zugang zu frischen Lebensmitteln haben, die bisher überwiegend aus Salat bestanden.
Dies könnte sich jedoch bald ändern, nachdem Mark Settles von der University of Florida eine Lieferung von Space Algae an den umlaufenden Außenposten geschickt hat.
Warum Algen? Algen sind nicht nur eine potenzielle Nahrungsquelle, sondern auch ein biobasiertes Ausgangsmaterial (dh die Pflanze kann zur Herstellung von Materialien wie Kunststoff und Papier verwendet werden), so die Forscher.
Algen sind unglaublich effizient darin, Lichtbedingungen mit geringer Intensität für die Photosynthese zu verwenden - perfekt für das Wachstum im Orbit. Es gibt jedoch ein Hauptproblem: Die meisten Algenarten wachsen am besten in Flüssigkeiten, aber Flüssigkeiten verhalten sich im Weltraum nicht so wie auf der Erde.
Settles erklärte, dass die Besatzung versuchen werde, mehrere Algenstämme in atmungsaktiven Plastiktüten in den bereits an Bord der Raumstation befindlichen Vegetationspflanzen-Wachstumskammern zu züchten. Lebende Algenproben werden am Ende der Mission auf die Erde zurückgebracht, damit das Team untersuchen und identifizieren kann, welche Gene dazu beitragen, dass Algen in der Schwerelosigkeit am besten wachsen. Durch die Identifizierung der Gene, die mit einem schnelleren Wachstum verbunden sind, hoffen sie, die Algen schließlich für die Massenproduktion im Weltraum zu konstruieren. [Pflanzen im Weltraum: Fotos von Gartenastronauten]
Effektivere Abfallbehandlung
Im Rahmen des Micro-12-Experiments senden John Hogan und andere Wissenschaftler des Ames Research Center der NASA eine Charge von Shewanella Bakterien zur Raumstation. Im ganzen Körper allgegenwärtig, Shewanella Bakterien schaden den Astronauten nicht; Sie sind häufig an Stellen wie dem Verdauungstrakt sowie auf der Oberfläche Ihrer Zähne zu finden.
Diese Organismen können auf Metallelektroden wachsen und organische Abfälle (wie Urin) in elektrischen Strom umwandeln. Hogan sagte, dass die Forschung im Bereich mikrobieller Brennstoffzellentechnologien, einschließlich der Arbeit in seinem Labor, Wege zur Behandlung von Abwasser entwickelt und gleichzeitig Strom erzeugt, um diesen Prozess anzutreiben.
In diesem Experiment wird nicht nur untersucht, wie Shewanella arbeitet in Mikrogravitation, analysiert aber auch, wie Biofilme - das Format in welchem Shewanella wird wachsen - auf die Weltraumumgebung reagieren. Dank einer Reihe spezieller Kameras haben die Forscher Zugriff auf eine 3D-Ansicht des Biofilms und können Änderungen überwachen.
Warum interessiert sich die NASA so für diese Organismen? Mikrobielle Brennstoffzellen sind eine hervorragende Möglichkeit zur Abwasserbehandlung. Sie können den Strombedarf ausgleichen, indem sie gleichzeitig Strom erzeugen und gleichzeitig Abfall verarbeiten. Wenn Menschen sich auf zukünftige Langzeitmissionen begeben, benötigen sie ein höheres Maß an Selbstverträglichkeit. Mikrobiell unterstützte Prozesse können dazu beitragen, sagten die Forscher.
