Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nervenzellen im All: Experiment auf der ISS erforscht Wirkung der Schwerelosigkeit

03.04.2017

Weltraumforschung der Universität Hohenheim gibt Aufschluss über Eigenschaften und Entwicklung von Nervenzellen im All / Ein Werkstattbericht

Langsamere Reaktionen und verändertes Aufnahmevermögen von Medikamenten – in der Schwerelosigkeit funktionieren Nervenzellen nicht mehr wie gewohnt. Warum das so ist, untersuchen nun zwei Wissenschaftler der Universität Hohenheim – und schicken die Nervenzellen dafür versuchsweise ins Weltall. Im November sind sie mit ihren Experimenten auf der Internationalen Raumstation ISS vertreten.


PD Dr. Claudia Koch und Dr. Florian Kohn bei einem Parabelflug | Bildquelle: Universität Hohenheim / Fg. Membranphysiologie

Ihre Erkenntnisse könnten eines Tages nicht nur erkrankten Astronauten zugutekommen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert das Projekt über das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit knapp 530.000 Euro und macht es zu einem Schwergewicht der Forschung an der Universität Hohenheim.

Das gesamte Leben auf der Erde hat sich unter ihr entwickelt: Die Schwerkraft ist ein wesentlicher Faktor für alle Stoffwechselvorgänge. Wenn sie wegfällt, ändern sich die elektrischen Eigenschaften von Nervenzellen, die Signale brauchen in Schwerelosigkeit länger – und daran sind die Zellmembranen schuld.

Das haben Dr. Florian Kohn und PD Dr. Claudia Koch vom Fachgebiet Membranphysiologie an der Universität Hohenheim in Vorversuchen herausgefunden. „In Experimenten mit künstlichen Zellen sahen wir, dass sich Schwerelosigkeit auf die Zellmembran auswirkt, die eine Zelle umschließt“, erklärt der Biophysiker Dr. Kohn. „Denn diese Schicht verändert ihre Viskosität, wird also gewissermaßen leicht verflüssigt.“

Eine der Folgen sei, dass dadurch zum Beispiel Substanzen wie Medikamente leichter oder auch schwerer in die Zelle eingeschleust werden können, erläutert seine Kollegin PD Dr. Koch. „Eine andere Frage ist, ob sich Nervenzellen in Schwerelosigkeit anders entwickeln. Von Knochen etwa ist bekannt, dass sie sich in Schwerelosigkeit mit der Zeit abbauen – doch was geschieht mit Nervenzellen?“ gibt die Expertin zu bedenken.

Fliegende Brutschränke: ISS-Experiment im November 2017

Aufschluss soll ein Experiment im Weltraum geben: Voraussichtlich ab 1. November 2017 wird die Internationale Raumstation ISS den beiden Forschern als Labor dienen. Sechs winzige, vollautomatisch agierende Hightech-Boxen wollen sie auf die Reise schicken. Darin enthalten sind menschliche Tumorzellen, die robuster und einheitlicher sind als echte Nervenzellen und den Wissenschaftlern als Modell dienen. Sie stammen vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen.

„Die Zellen wachsen in den geschlossenen Mini-Brutschränken auf Kulturmedium heran. Die Nährstoffe werden ihnen automatisch zugeführt“, beschreibt Dr. Kohn das Experiment. Nach sieben Tagen gibt das System Retinsäure dazu, eine Substanz, die von Vitamin A abgeleitet ist. „Das sorgt dafür, dass sich die Zellen zu Nervenzellen entwickeln. Nach weiteren sieben Tagen werden diese chemisch fixiert, zurück auf die Erde gebracht und im Labor untersucht“, schildert der Experte.

Den Ergebnissen ihrer Untersuchungen fiebert das Forscher-Duo bereits jetzt entgegen: „Schließlich ist es das erste Mal, dass wir die Zellen auf der ISS testen können.“

Kurz schwerelos: Parabelflüge und Höhenforschungsraketen

Die meisten ihrer Versuche müssen wesentlich zügiger vonstattengehen: Ganze 22 Sekunden Schwerelosigkeit wissen die Forscher für ihre Experimente zu nutzen. Denn bereits seit rund zehn Jahren nehmen die beiden regelmäßig an Parabelflügen teil. Bei diesen Kampagnen, organisiert vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der European Space Agency (ESA), fliegt die Firma Novespace in Bordeaux mit einem umgebauten Airbus A310.

„Der Vorteil ist, dass wir Wissenschaftler selbst mit an Bord gehen und unsere Versuche betreuen können“, erzählt PD Dr. Koch. „Wir fliegen dann an einem Flugtag 31 Parabeln – mit jeweils 22 Sekunden für unsere Experimente.“

Etwas mehr Zeit bieten die sogenannten Höhenforschungsraketen, die ebenfalls zum Forschungsprogramm gehören. „Diese Raketen fliegen 300 km hoch und landen rund 15 Minuten später wieder. Das beschert uns sechs Minuten Schwerelosigkeit“, freut sich Dr. Kohn. Dafür müssen sie die Experimente allerdings, ähnlich wie für das ISS-Experiment, im Miniatur-Format und voll automatisiert konstruieren.

Missionstagebuch: Countdown zum Start auf die ISS

Letztendlich geht es den beiden Wissenschaftlern um Grundlagenforschung, wenn sie erkunden, wie sich die biophysikalischen Eigenschaften von Zellen unter Weltraumbedingungen ändern. „Wir wollen zum Beispiel besser verstehen wie Medikamente in eine Zelle gelangen und wie wir dies beeinflussen können“, erläutert Dr. Kohn.

Das käme nicht nur einem im All erkrankten Astronauten zugute, bei dem die Dosierung der Medikamente angepasst werden müsse: „Auch auf der Erde kann das dazu beitragen, Medikamente zu optimieren.“

Bei der zweiten Frage nach der Entwicklung von Nervenzellen unter Schwerelosigkeit betreten die beiden Forscher mit ihrem ISS-Experiment Neuland. Ab etwa drei bis vier Wochen vor dem Start am 1. November 2017 wollen sie, wie bereits bei früheren Raketenstarts, in ihrem Missionstagebuch von den Vorbereitungen berichten.
Zu finden unter https://membranphysiologie.uni-hohenheim.de/69703

Hintergrund: Projekt Gravitationsabhängige Strukturen in neuronalen Zellen

Das Projekt „Gravitationsabhängige Strukturen in neuronalen Zellen“ startete am 1.10.2015. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert das Projekt über das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 527.592 Euro über einen Zeitraum von drei Jahren. Projektleiter ist Dr. Florian P.M. Kohn vom Fachgebiet Membranphysiologie an der Universität Hohenheim.

Hintergrund: Schwergewichte der Forschung

29,5 Millionen Euro an Drittmitteln akquirierten Wissenschaftler der Universität Hohenheim 2016 für Forschung und Lehre. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 250.000 Euro für apparative Forschung bzw. 125.000 Euro für nicht-apparative Forschung.

Kontakt für Medien:
Dr. Florian P.M. Kohn, Universität Hohenheim, Institut für Physiologie, Fachgebiet Membranphysiologie
T 0711 459 22273, E Florian.P.M.Kohn@uni-hohenheim.de

Text: Elsner

Elsner | Universität Hohenheim
Weitere Informationen:
http://www.uni-hohenheim.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen
17.08.2018 | Leibniz Universität Hannover

nachricht Forschende entschlüsseln das Alter feiner Baumwurzeln
17.08.2018 | Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bionik im Leichtbau

17.08.2018 | Verfahrenstechnologie

Klimafolgenforschung in Hannover: Kleine Pflanzen gegen große Wellen

17.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art

17.08.2018 | Messenachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics