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Medizinische Forschung im All

UZH und Airbus züchten menschliches Mini-Gewebe auf der Internationalen Raumstation ISS. Beim nächsten Versorgungsflug zur ISS ist das Experiment mit an Bord.

Ziel ist es, die industrielle Produktion menschlichen Gewebes in Schwerelosigkeit weiter voranzubringen. Mit diesem Schritt könnte der Weltraum zur Werkstätte werden, um menschliche Mini-Gewebe für den irdischen Einsatz in Forschung und Medizin herzustellen. Erste vorbereitende Tests auf der ISS vor 18 Monaten waren erfolgreich verlaufen.

Launch ISSLaunch des Versorgungsflugs Space X CRS-20 am 07.03.20 vom Kennedy Space Center, USA: Das erste UZH-Airbus-Experiment «Organoids in Space» wird zur ISS transportiert. (Bild: NASA)

Das Verfahren für das gemeinsame «3D-Organoids in Space»-Projekt stammt von Oliver Ullrich und Cora Thiel von der Universität Zürich (UZH). Zusammen mit Airbus haben die beiden Pioniere in der Erforschung, wie Schwerkraft menschliche Zellen beeinflusst, das Verfahren zur Projektreife entwickelt. Das Airbus Innovations-Team um Projektleiter Julian Raatschen entwickelt die Hardware und sorgt für den Zugang zur Internationalen Raumstation (ISS). Von der Idee bis zur ersten Produktionstestung im All brauchten die Projektpartner nur drei Jahre. «Wir zeigen als erste, dass der Weg zur Produktion im All machbar ist, nicht in der Theorie, sondern in der Praxis», sagt Ullrich.

Tierversuche reduzieren

Oliver Ullrich, Professor für Anatomie an der UZH, die Biologin Cora Thiel und Airbus nutzen die Mikrogravitation im Weltall, um aus menschlichen adulten Stammzellen dreidimensionale organähnliche Gewebe – sogenannte Organoide – zu züchten. «Auf der Erde lassen sich wegen der Schwerkraft ohne Stützskelette keine dreidimensionalen Organoide produzieren», erläutert Thiel. Auf grosses Interesse stossen solche 3D-Organoide bei Pharmaunternehmen: Toxikologische Studien könnten so ohne Umweg über Tierversuche direkt an menschlichen Geweben gemacht werden.

Oliver Ullrich und Cora Thiel leiten das Forschungsprojekt vom UZH Space Hub und die industrielle Kooperation mit Airbus Defence and Space. (Bild: Regina Sablotny, Berlin)

Aus Patientenstammzellen gezüchtete Organoide könnten zudem in Zukunft als Bausteine für Gewebe-Ersatz zur Therapie geschädigter Organe eingesetzt werden. Denn die Zahl der gespendeten Organe kann den weltweiten Bedarf an Tausenden von Spenderorganen bei Weitem nicht decken.

Differenzierte 3D-Organoide im All gezüchtet

Die Forschungsarbeiten vom März 2020, als 250 Teströhrchen mit menschlichen Stammzellen einen Monat lang auf der ISS verbrachten, waren sehr erfolgreich: Aus den Gewebestammzellen hatten sich in der Mikrogravitation in 400 Kilometern Höhe wie beabsichtigt differenzierte organähnliche Leber-, Knochen- und Knorpel-Strukturen entwickelt.

Die zuvor im Labor vorbereiteten menschlichen Stammzellen werden in den Bioreaktor CubeLab eingebracht. (Bild: Julian Raatschen, Airbus Defence and Space)

Die auf der Erde angelegten Kulturen, die als Kontrollen unter normalen Schwerkraftbedingungen gezüchtet wurden, zeigten dagegen keine oder nur minimale Zelldifferenzierungen.

Robustheit und Lebensfähigkeit

In der aktuellen Mission werden Gewebestammzellen von zwei Frauen und zwei Männern unterschiedlichen Alters ins All geschickt. Damit prüfen die Forschenden, wie robust die Methode ist, wenn sie Zellen unterschiedlicher biologischer Variabilität einsetzen. Aktuell liegt der Fokus auf produktionstechnischen Fragen und der Qualitätskontrolle. «Im Hinblick auf die anvisierte Kommerzialisierung, müssen wir jetzt herausfinden, wie lange und in welcher Qualität wir die im All gezüchteten Organoide nach der Rückkehr zur Erde in Kultur halten können», so Oliver Ullrich.

«Im Erfolgsfall kann die Technologie weiterentwickelt und zur Einsatzreife gebracht werden. Airbus und der UZH Space Hub können so einen weiteren Beitrag zur Verbesserung der Lebensqualität auf der Erde durch raumfahrtbasierte Lösungen liefern», sagt Airbus-Projektleiter Raatschen. Das Probenmaterial wird Anfang Oktober zurück zur Erde kommen. Erste Ergebnisse sind ab November zu erwarten. Der Start der Mission ist auf den 28. August im Kennedy Space Center, Florida, geplant.

Titelbild: Das Space Life Science Laboratory (SLSL) am Kennedy Space Center, USA: Hier bereitet das UZH-Team die menschlichen Stammzellen für den Aufenthalt im All vor. (Bild: Regina Sablotny, Berlin) 

Der UZH Space Hub ist ein strategischer Teil des Innovation Hub der Universität Zürich (UZH) und des Nationalen Innovationsparks Zürich auf dem Flugplatz Dübendorf. Der UZH Space Hub verbindet wegweisende Grundlagenforschung aus den Bereichen Astrophysik, Erdbeobachtung und Space Life Sciences mit angewandter, kommerzialisierungsfähiger Wissenschaft und der Industrie. Die 1833 gegründete Universität Zürich ist eine der weltweit führenden Hochschulen im Bereich Life Sciences.

Airbus ist Pionier einer nachhaltigen Luft- und Raumfahrt für eine sichere und vereinte Welt. Das Unternehmen ist führend in Europa im Bereich Verteidigung und Sicherheit und eines der größten Raumfahrtunternehmen der Welt.

Das Projekt «3D Organoids in Space» startete im Jahr 2018. Die Teams des UZH Space Hubs und der Airbus Defence and Space GmbH reichten ihren Vorschlag in einem Airbus internen Innovations- und Ideenwettbewerb ein, um eine Grundfinanzierung zu bekommen und erste Forschungsarbeiten zu starten. Dort konnte sich das Projekt erfolgreich gegen rund 500 andere Ideen durchsetzen

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