Eine neue Ära der menschlichen Erforschung des Weltraums erfordert ein tiefgreifendes Verständnis der physiologischen Anpassungen, die für lange Missionen notwendig sind. Eine bahnbrechende Studie, teilweise von der NASA finanziert und in Cell Stem Cell veröffentlicht, hat eine kritische Herausforderung beleuchtet: Menschliche Stammzellen zeigen unter Weltraumbedingungen eine beschleunigte Alterung. Diese Entdeckung hat weitreichende Implikationen, nicht nur für den Schutz der Astronautengesundheit während ausgedehnter Reisen, sondern auch für die Weiterentwicklung unseres Verständnisses von Alterung und Krankheit auf der Erde.
Unter der Leitung von Dr. Catriona Jamieson, Direktorin des Sanford Stem Cell Institute an der University of California, San Diego School of Medicine, beschreibt die Forschung, wie genau jene Zellen, die für die Erhaltung und Reparatur des Körpers verantwortlich sind – Stammzellen – bei Exposition im erdnahen Orbit erheblich in ihrer Funktion nachlassen. Typischerweise ruhend, werden diese essentiellen Zellen in Schwerelosigkeit und unter kosmischer Strahlung hyperaktiv, wodurch ihre Energiereserven schnell erschöpft werden. Diese Erschöpfung äußert sich in einer verminderten Kapazität zur Selbsterneuerung und Regeneration, ein entscheidender Befund für langfristige Weltraumprojekte. Darüber hinaus beobachtete die Studie die Aktivierung normalerweise ruhender Gensequenzen, oft als „dunkles Genom“ oder repetitive Elemente bezeichnet, die zu diesem zellulären Stress und dem beschleunigten Alterungsprozess beitragen.
- Menschliche Stammzellen zeigen unter Weltraumbedingungen eine beschleunigte Alterung.
- Die bahnbrechende Studie wurde teilweise von der NASA finanziert und in *Cell Stem Cell* veröffentlicht.
- Leitung der Forschung durch Dr. Catriona Jamieson (University of California, San Diego).
- Stammzellen werden in Schwerelosigkeit und unter kosmischer Strahlung hyperaktiv und erschöpfen ihre Energiereserven.
- Dies führt zu einer verminderten Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Regeneration.
- Beobachtung der Aktivierung ruhender Gensequenzen (des „dunklen Genoms“).
Innovative Methodik und Schlüsselbefunde
Die Forschung wurde während vier Versorgungsmissionen der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführt, die von SpaceX zwischen Ende 2021 und Anfang 2023 betrieben wurden. Die Wissenschaftler nutzten einen innovativen Ansatz, indem sie zelltelefongroße Bioreaktoren verwendeten, um gespendete Knochenmark-Stammzellen von Hüftgelenksersatzpatienten in Echtzeit zu beherbergen und zu überwachen. Ein integriertes künstliches Intelligenzsystem verfolgte kontinuierlich den Zustand der Zellen und zeigte deren anhaltende Hyperaktivität. Dr. Jamieson bemerkte, dass diese Stressreaktion frappierend ähnlich zu Mustern ist, die bei Patienten mit präleukämischen Störungen beobachtet werden, wo Stammzellen ebenfalls Anzeichen von Krise und schneller Alterung zeigen.
Die Implikationen für die Gesundheit der Astronauten sind signifikant. Eine längere Exposition gegenüber Weltraumumgebungen könnte entscheidende Systeme im menschlichen Körper schwächen. Wie Arun Sharma, ein Stammzellbiologe am Cedars-Sinai Medical Center, hervorhebt, deuten solche Befunde darauf hin, dass Langzeitmissionen zu beeinträchtigten Blut- und Immunsystemen führen könnten, wodurch die Gesundheitsrisiken steigen. Luis Villa-Diaz, Assistenzprofessor an der Oakland University, betont ferner, dass diese Erkenntnisse zwar potenzielle Schwachstellen aufzeigen, aber auch klare Richtungen für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen zum Schutz der Astronauten bieten.
Doppelte Wirkung: Weltraumforschung und terrestrische Medizin
Jenseits der Raumfahrt bietet diese Forschung einen wertvollen Einblick in fundamentale biologische Prozesse. Die Ähnlichkeiten zwischen dem raumfluginduzierten Stammzellstress und Zuständen wie Präleukämie unterstreichen das Potenzial für interdisziplinäre Anwendungen. Dr. Jamieson ist überzeugt, dass dieses Werkzeug die Krebsforschung beschleunigen kann und neue Wege zum Verständnis und zur Intervention bei zellulärer Alterung und Dysfunktion auf der Erde eröffnet. Vorläufige Ergebnisse laufender Studien geben auch einen Hoffnungsschimmer, der darauf hindeutet, dass sich Stammzellen nach der Rückkehr eines Astronauten auf die Erde von der beschleunigten Alterung erholen können, obwohl dieser Erholungsprozess etwa ein Jahr dauern kann.
Obwohl diese Studie überzeugende Beweise für die Stammzellalterung im Weltraum liefert, entwickelt sich das Forschungsfeld ständig weiter. Elena Kozlova, Professorin an der Universität Uppsala in Schweden, betont, dass nicht alle Stammzelltypen einheitlich auf Weltraumumgebungen reagieren. Ihre eigene Forschung an frühen Entwicklungsstammzellen in Schwerelosigkeit hat eine Zunahme wachstumsassoziierter Gene gezeigt, was darauf hindeutet, dass der Raumflug unter bestimmten Bedingungen sogar einen jugendlicheren Zustand in bestimmten Zellpopulationen fördern könnte. Diese nuancierte Perspektive unterstreicht die Komplexität menschlicher physiologischer Reaktionen auf den Weltraum und die Notwendigkeit fortgesetzter, diversifizierter Forschung. Zukünftige Studien sind bereits geplant, um praktische Gegenmaßnahmen zu untersuchen, einschließlich potenzieller Medikamente und prädiktiver Werkzeuge zur Bewertung der individuellen Widerstandsfähigkeit gegenüber den Strapazen des Raumflugs.