Das AstroCardia-Projekt schickt ein 3D-gedrucktes Miniaturherz zur Alterungsforschung ins All

Jun 13, 2023

„Diese Forschung wird vollständig automatisiert sein und kann aus der Ferne durchgeführt werden.“

von Oliver Johnson

31. August 2023

10:55

AstroCardia

Fünf belgische Unternehmen und Forschungszentren bündeln ihre KräfteAstroCardiaProjekt, bei dem ein 3D-Bioprint eines Herz- und Kreislaufsystems in den Weltraum geschickt wird, um die Herzgesundheit und das Altern zu untersuchen.Weltraumanwendungsdienste,SCK CEN: Das belgische Kernforschungszentrum,QbD-Gruppe,BIO INXUndAntleron, entwickeln das künstliche Herz, das 2025 zur Internationalen Raumstation (ISS) geschickt werden soll.

Das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen steigt mit zunehmendem Alter, und laut dem AstroCardia-Projekt tappen Forscher teilweise noch im Dunkeln darüber, warum das so ist. Das Projekt besagt, dass es der Wissenschaft an zuverlässigen Modellen mangelt, um die zugrunde liegenden biologischen Prozesse aufzudecken. Laut AstroCardia ist der Weltraum eine bessere Umgebung für Wissenschaftler, um die Alterung des Herzens zu untersuchen.

„Unser Herz verändert sich mit zunehmendem Alter. Langsam wird es größer und steifer, die Arterien verkalken und die Pumpleistung lässt nach. Im Weltraum führen Faktoren wie Stress, Mikrogravitation und Strahlung dazu, dass diese Alterungsprozesse 20-mal schneller ablaufen. Im Weltraum beschleunigen wir also die Zeit. Und das gibt uns die einmalige Chance, Forschungsergebnisse zu erzielen, die wir hier auf der Erde einfach nicht erreichen können. Die Plattform, die wir entwickeln werden, wird die Erforschung der Mechanismen ermöglichen, die die Alterung des Herzens vorantreiben. Diese Forschung wird vollständig automatisiert sein und kann aus der Ferne durchgeführt werden“, sagte Hilde Stenuit, Forscherin bei Space Applications Services.

Ein lebendes menschliches Herz und alle damit verbundenen Prozesse eingehend zu untersuchen, sei nach Aussage der Projektbeteiligten „praktisch unmöglich“. Aus diesem Grund wollten die Forscher ein Miniatur-„Herz auf einem Chip“ bioprinten und um ihn herum ein künstliches Kreislaufsystem aufbauen.

Beim Heart-on-a-Chip handelt es sich um einen wenige Quadratmillimeter großen Chip, auf dem Herzmuskelzellen aufgedruckt sind. Die „Tinte“ besteht aus Biomaterialien und Stammzellen, die sich laut Projekt zu jeder möglichen Zelle im Körper entwickeln können. Die Zellen beginnen sich zu teilen und organisieren sich zu einem sich entwickelnden menschlichen Herzmodell, einem sogenannten Herzorganoid.

AstroCardia

AstroCardia Missionskontrollzentrum

Ein künstliches Kreislaufsystem versorgt das Herz mit Reizen, Sauerstoff und Nährstoffen, bis es reift und zu schlagen beginnt. Anschließend können die Wissenschaftler damit beginnen, Tests daran durchzuführen. Der Haupttest wird 2025 an Bord der Internationalen Raumstation durchgeführt.

Beim Test mit der ISS werden Heart-on-a-Chip-Geräte in den Weltraum geschickt und dort mindestens sechs Wochen lang am Leben gehalten. Während dieser Zeit werden sie in Echtzeit überwacht und sobald die Geräte zur Erde zurückgebracht werden, werden sie von Forschern von QbD und dem Kernforschungszentrum SCK CEN im Detail analysiert.

Mit dem Weltraumexperiment wollen die Projektpartner untersuchen, ob die Exposition des entwickelten Herz-Kreislauf-Systems gegenüber der Weltraumumgebung als wissenschaftliches Modell der Herzalterung dienen kann.

„Das Miniaturherz, das kaum die Größe eines Chiasamens hat, ahmt sein menschliches Gegenstück originalgetreu nach. Die innovative Technik würde es ermöglichen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen besser zu untersuchen und einige potenzielle Medikamente zu testen. Der größte Vorteil besteht darin, dass wir sie personalisieren können, indem wir Stammzellen des Patienten selbst verwenden. Auf diese Weise können wir eine Miniaturversion des Herzens des Patienten wachsen lassen. Dies wäre ein großer Fortschritt in der personalisierten Medizin. Darauf arbeiten wir gemeinsam hin!“ sagte Dr. Kevin Tabury, Radiobiologieexperte des SCK CEN.

Dem Projekt zufolge befindet sich das Kernforschungszentrum mit AstroCardia noch nicht im experimentellen Stadium und untersucht seit langem die Auswirkungen von Strahlung auf die Herzalterung, und zwar sowohl im Zusammenhang mit Strahlentherapie als auch mit der Weltraumforschung.

AstroCardia

Um ein Miniatur-Herzmodell per 3D-Biodruck in einen Chip zu drucken, ist Spezialmaterial ein „absolutes Muss“, sagt das Team von AstroCardia. Dabei handelt es sich um einen 3D-Biodrucker mit mikrometrischer Präzision, lebende Stammzellen und „Bio-Tinte“. Das an dem Projekt beteiligte Firmenkonsortium vertraut auf das belgische Start-up BIO INX, um die Stammzellen zu etwas Druckbarem zu entwickeln.

Jasper van Hoorick, CEO von BIO INX, sagte: „Vergleichen Sie es mit dem Mauern einer Mauer. Die Stammzellen sind die Ziegel, die Biotinte, der Mörtel. Bio-Tinte ist eine Art Gel, das Zellen druckbar macht und in dem sie während und nach dem Drucken überleben können.“

„Dieses Projekt liefert einige wertvolle Einblicke in die Physiologie von Herzorganoiden. Daher ist es sehr wichtig, dass der Chip, auf den wir dieses Miniaturherz drucken, den extremen Bedingungen im Weltraum standhält. Wir fühlen uns geehrt, mit unserem Wissen dazu beitragen zu können“, sagte Jan Schrooten, CEO von Antleron.

Martijn Reniers, CIO bei ObD, fügte hinzu: „Mit diesem Projekt blicken wir über den Tellerrand hinaus. Wir beschäftigen uns bereits heute mit den Problemen, mit denen die Gesellschaft morgen konfrontiert sein wird. Ein gesundes Herz ist nicht nur für diejenigen wichtig, die derzeit an Herz-Kreislauf-Erkrankungen leiden, sondern auch für gesunde Astronauten, die den Weltraum erkunden.“

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