Biotechnologische Nutzung der Schwerelosigkeit für medizinische Forschung – Analyse humaner Zellen nach Schwerelosigkeit

Daniela Grimm; Johann Bauer; Ruth Hemmersbach; Claudia Ulbrich; Jessica Pietsch; Markus Wehland; Manfred Infanger

doi:10.1055/s-0033-1347121

Flugmedizin · Tropenmedizin · Reisemedizin - FTR, Inhaltsverzeichnis

Flugmedizin · Tropenmedizin · Reisemedizin - FTR 2013; 20(4): 173-178
DOI: 10.1055/s-0033-1347121

Raumfahrtmedizin

Biotechnologische Nutzung der Schwerelosigkeit für medizinische Forschung – Analyse humaner Zellen nach Schwerelosigkeit

Biotechnological use of weightlessness for medical research –analysis of human cells after weightlessness

Daniela Grimm

¹Department of Biomedicine, Pharmacology, Aarhus University, Denmark (Head of Department: Thomas G. Jensen)

,

Johann Bauer

²Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried

,

Ruth Hemmersbach

³Biomedizinisches Wissenschafts-Unterstützungszentrum, Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Köln (Leitung: Prof. Dr. Rupert Gerzer)

,

Claudia Ulbrich

⁴Institut für Physiologie, FG Membranphysiologie, Universität Hohenheim, Stuttgart (Leitung: Prof. Dr. Wolfgang R. L. Hanke)

,

Jessica Pietsch

⁵Klinik für Plastische, Ästhetische und Handchirurgie, Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg (Direktor: Prof. Dr. Manfred Infanger)

,

Markus Wehland

⁵Klinik für Plastische, Ästhetische und Handchirurgie, Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg (Direktor: Prof. Dr. Manfred Infanger)

,

Manfred Infanger

⁵Klinik für Plastische, Ästhetische und Handchirurgie, Otto-von-Guericke Universität, Magdeburg (Direktor: Prof. Dr. Manfred Infanger)

› Institutsangaben

Abstract

Humane Zellen wurden für unterschiedlich lange Zeitspannen, von 22 Sekunden im Parabelflug bis hin zu 2 Wochen auf Satelliten, realer Schwerelosigkeit und im Vergleich hierzu auf einer Random Positioning Machine und einem 2D-Klinostaten simulierter Schwerelosigkeit ausgesetzt und anschließend analysiert. Dabei wurden Erkenntnisse gewonnen, welche nicht nur bei der Erklärung von Gesundheitsproblemen von Astronauten helfen können, sondern auch für die Grundlagenforschung wichtig sind. Weiterhin zeigte sich, dass sich Knorpel-, Schilddrüsen- und Endothelzellen unter simulierter Schwerelosigkeit zu Aggregaten zusammenlagern, die dem Ursprungsgewebe der jeweiligen Zellen ähnlich sind. Schon jetzt sind diese Zellaggregate, deren Aufbau dem Ursprungsgewebe der verwendeten Zellen entspricht, geeignete Objekte, um molekulare Mechanismen von Vorgängen wie der Angiogenese oder der Apoptose von Tumorzellen ohne Tierversuche in medizinisch beziehungsweise pharmakologisch relevanter Weise zu studieren. Die Zukunft wird zeigen, inwiefern sie auch für medizinische Transplantationen benutzt werden können.

For periods of time ranging from 22 seconds in parabolic flights and up to 2 weeks on satellites, human cells were exposed to real microgravity or to simulated weightlessness on a Random Positioning Machine and a 2D-clinostat and analyzed afterwards. By this approach we could increase our knowledge regarding health problems of space travelers and in parallel we received new information concerning several diseases of humans on Earth. Surprisingly, we also observed that chondrocytes, thyroid cells, and endothelial cells exposed to simulated microgravity assemble to three-dimensional aggregates resembling the tissues from which these cells are originating. Such aggregates can already be used to study molecular mechanisms involved in angiogenesis or cancer cell apoptosis sparing animal experiments. In the future, we will see whether they can be additionally used for medical transplantation.

Key words

Random Positioning Machine - clinostat - spaceflight - tissue engineering - endothelial cells - thyroid cancer cells

Volltext

Referenzen

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