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Stammzellen überleben überraschend harte Weltraumreise
3D-gedruckte Stützgerüste haben Stammzellen aus Mäusen besonders gut durch eine ungewöhnlich lange und belastende ISS-Mission gebracht. Die Proben blieben wegen Start- und Rückkehrverzögerungen vier Tage länger als ihre zuvor bestimmte Überlebensgrenze außerhalb kontrollierter Inkubatorbedingungen. Überlebende Zellen konnten sich anschließend weiterhin zu Nerven- und Gliazellen entwickeln, wobei die Studie Mikrogravitation und andere Missionsbelastungen nicht sauber voneinander trennen kann.
Uppsala (Schweden). Zellkulturen im All erleben mehr als Schwerelosigkeit. Schon vor dem Start müssen sie transportiert, in geschlossenen Behältern versorgt und über längere Zeit außerhalb normaler Inkubatorbedingungen gehalten werden. Bei einem Experiment auf der Internationalen Raumstation ISS kamen unerwartete Verzögerungen hinzu. Dadurch wurde aus dem geplanten Mikrogravitationstest zugleich ein Belastungstest an der Überlebensgrenze.
Untersucht wurden sogenannte Boundary-Cap-Neuralleisten-Stammzellen aus Mäusen. Diese Vorläuferzellen können sich unter anderem zu Nervenzellen und Gliazellen entwickeln. Weil das Experiment länger dauerte als geplant, lässt sich sein Ergebnis nicht auf die Schwerelosigkeit allein zurückführen.
Forscher der Uppsala University (UU) um Prof. Elena N. Kozlova haben drei Zellpopulationen verglichen. Eine war zuvor nie im All gewesen, eine hatte einen kurzen Flug mit einer Höhenforschungsrakete hinter sich und eine dritte bereits zwei solcher Flüge. Die Zellen reisten entweder als frei schwimmende Zellkugeln, sogenannte Neurosphären, oder eingebettet in 3D-gedruckte Stützgerüste. Parallel liefen Kontrollkulturen am Boden. Der Versuch war Teil der schwedischen Muninn-Forschung auf der Axiom-3-Mission des ESA-Astronauten Marcus Wandt.
„Wir hoffen, dass uns das Experiment von Marcus mehr darüber lehrt, wie Stammzellen kurz- und langfristig auf Mikrogravitation reagieren“, sagte Prof. Elena N. Kozlova.
Vorversuche hatten ergeben, dass die Zellen außerhalb des Inkubators höchstens rund drei Wochen überstehen. Wegen Startvorgaben und wetterbedingter Verzögerungen wurde dieses Limit um vier Tage überschritten. Nach der Rückkehr enthielten viele Behälter nur noch Zellreste. Als Population blieb nur die zweimal vorgeflogene Zellpopulation sowohl in der Fluggruppe als auch in der Bodenkontrolle lebensfähig. Die zuvor nie geflogenen Zellen überlebten nur in der Fluggruppe, während die einmal vorgeflogene Population weder im All noch am Boden erhalten blieb.
„Interessanterweise scheinen die Zellen, die bereits im Weltraum waren, von ihrer früheren Exposition zu profitieren“, berichtete Prof. Elena N. Kozlova.
Die Autoren werten diesen Unterschied nicht als Beweis für ein zelluläres Gedächtnis. Frühere Flugerfahrung könnte die Zellen zwar vorbelastet oder angepasst haben. Ebenso könnten jedoch Unterschiede in Handhabung, Lagerung, Passagegeschichte oder anderen Kulturbedingungen zum Ergebnis beigetragen haben. Auch für die zuvor nie geflogenen Zellen fehlte am Ende eine vollständig missionsgleiche überlebende Bodenkontrolle.
Besonders deutlich war der Vorteil der 3D-gedruckten Stützstrukturen. In allen untersuchten Gerüstproben aus Flug- und Bodengruppen blieben Zellen nachweisbar, während die frei schwimmenden Neurosphären deutlich schlechter überlebten. In den Gerüsten lagen die Zellzahlen nach dem Weltraumflug zudem signifikant über den entsprechenden Bodenkontrollen. Auch Marker für aktive Zellteilung waren nach der Rückkehr weiterhin vorhanden.
„Durch die Verlängerung des Experiments konnten wir sehen, wie wichtig die 3D-gedruckte Struktur für das Überleben der Zellen war“, erklärt Prof. Elena N. Kozlova.