PRESSEMITTEILUNG - Universität Hohenheim

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03.04.2017
PRESSEMITTEILUNG
Nervenzellen im All:
Experiment auf der ISS erforscht Wirkung der
Schwerelosigkeit
Weltraumforschung der Universität Hohenheim gibt Aufschluss über Eigenschaften und
Entwicklung von Nervenzellen im All / Ein Werkstattbericht
PRESSEFOTOS unter www.uni-hohenheim.de
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. 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.
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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
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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.
Text: Elsner
Kontakt für Medien:
Dr. Florian P.M. Kohn, Universität Hohenheim, Institut für Physiologie, Fachgebiet Membranphysiologie
T 0711 459 22273, E [email protected]
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