Das wachsende kommerzielle und staatliche Interesse an der Weltraumforschung steht vor einer tiefgreifenden biologischen Herausforderung: der beschleunigten Alterung menschlicher Zellen. Da sowohl staatlich geförderte Missionen als auch private Unternehmungen längere Aufenthalte jenseits der Erdumlaufbahn anstreben, ist es von größter Bedeutung, die physiologischen Auswirkungen der Mikrogravitation zu verstehen und abzumildern. Jüngste bahnbrechende Forschungen, die auf früheren Studien an Astronauten aufbauen, zeigen, dass Stammzellen, die für die Reparaturmechanismen des Körpers entscheidend sind, im Weltraum mit erstaunlicher Geschwindigkeit altern, was ein kritisches Hindernis für die Zukunft der Tiefraumfahrt und der menschlichen Gesundheit darstellt.
Frühere Studien haben die schwerwiegenden Auswirkungen von Raumflügen auf den menschlichen Körper durchweg dokumentiert, von Knochendichteverlust und neuralen Schwellungen in Gehirn und Augen bis hin zu Veränderungen der Genexpression. Die wegweisende „Zwillingsstudie“ der NASA aus dem Jahr 2019, veröffentlicht in Science, hob insbesondere hervor, dass der eineiige Zwillingsastronaut Scott Kelly DNA-Schäden, eine verminderte kognitive Funktion und eine Verkürzung der Telomere – schützende Kappen an Chromosomen – erlitt, die selbst sechs Monate nach seiner 340-tägigen Mission anhielten. Diese Ergebnisse deuten gemeinsam darauf hin, dass die Weltraumumgebung biologische Alterungsprozesse rapide beschleunigt.
Beschleunigte zelluläre Seneszenz in der Mikrogravitation
Eine neue Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell, erweitert dieses Verständnis erheblich, indem sie zeigt, dass Stammzellen selbst unter dem Stress des Raumflugs ausgeprägte Alterungserscheinungen aufweisen. Dr. Catriona Jamieson, Direktorin des Sanford Stem Cell Institute an der University of California, San Diego, und eine der Hauptautorinnen der Studie, berichtete von einer erstaunlichen Beschleunigung: Diese kritischen Zellen altern „zehnmal schneller im Weltraum als auf der Erde.“ Diese beschleunigte Seneszenz von Stammzellen ist besonders besorgniserregend, da sie die natürliche Fähigkeit des Körpers zur Reparatur von Geweben und Organen direkt beeinträchtigt und Astronauten potenziell für chronische, altersbedingte Erkrankungen wie Krebs, neurodegenerative Störungen und Herzkrankheiten prädisponiert.
Für diese Forschung entnahmen Wissenschaftler Stammzellen aus menschlichem Knochenmark, die anschließend in „Nanobioreaktoren“ – miniaturisierten, transparenten Blutbeuteln – untergebracht und in speziellen CubeLab-Behältern überwacht wurden. Jede Patientenprobe wurde geteilt, wobei ein CubeLab für den Weltraum bestimmt war und das andere als terrestrische Kontrolle diente. Die für den Weltraum bestimmten Proben wurden an Bord kommerzieller SpaceX-Versorgungsmissionen zur Internationalen Raumstation transportiert, wo sie zwischen 32 und 45 Tage in Mikrogravitation verbrachten. Nach ihrer Rückkehr verglichen die Forscher die weltraumexponierten Zellen akribisch mit ihren Gegenstücken auf der Erde, wobei sie Genomsequenzierung und andere fortschrittliche Tests einsetzten.
Die Ergebnisse bestätigten deutliche Anzeichen einer beschleunigten Alterung in den der Mikrogravitation ausgesetzten Stammzellen. Dazu gehörten eine erhöhte entzündliche Signalgebung, eine verminderte Aufrechterhaltung der Telomere und ein Anstieg der genomischen Instabilität – eine Zunahme von Replikationsfehlern im genetischen Code, die zu Mutationen führen können. Christopher Mason, ein Genetiker von Weill Cornell Medicine, der an der ursprünglichen Zwillingsstudie beteiligt war, aber nicht an dieser neuen Forschung, räumte ein, dass die Studie „definitiv Beweise für eine gewisse Alterung“ liefert und das frühere Verständnis der molekularen Auswirkungen von Raumflügen, einschließlich ihrer schnellen Immunantwort, erheblich „aufbaut und dann stark erweitert“.
Implikationen für die Gesundheit im Weltraum und auf der Erde
Die Implikationen dieser Forschung sind weitreichend. Da Regierungen und private Unternehmen weiterhin in Mondmissionen, die Marsforschung und sogar den Weltraumtourismus investieren, ist ein umfassendes Verständnis dieser Gesundheitsrisiken für die Sicherheit der Astronauten und den Missionserfolg unerlässlich. Darüber hinaus könnte die in der Mikrogravitation beobachtete schnelle Beschleunigung der Zellalterung unschätzbare Einblicke in den langsameren Verlauf altersbedingter biologischer Prozesse hier auf der Erde bieten. Dr. Jamieson erwartet, dass diese Arbeit den Weg für neuartige therapeutische Strategien ebnen könnte, die sowohl Raumfahrern als auch der alternden Weltbevölkerung zugutekommen, indem sie neue Mechanismen altersbedingter Krankheiten identifiziert.
Das übergeordnete Ziel, wie von Jamieson formuliert, ist es, „die Alterung von Stammzellen unter Stress- oder Entzündungsbedingungen vorherzusagen, zu verhindern und umzukehren.“ Diese wissenschaftliche Grenze zielt nicht nur darauf ab, zukünftige Weltraumpioniere zu schützen, sondern verspricht auch, unser Verständnis von Langlebigkeit und Krankheit auf planetarischer Ebene voranzutreiben.