3D

Jun 07, 2023

Weltraumgestützte Herzstudien ebnen den Menschen den Weg ins Nichts.

Um sich auf eine Zukunft vorzubereiten, in der Astronauten tief in unser Sonnensystem vordringen, entwickeln Wissenschaftler 3D-gedruckte Herzen, die sie 2027 zur Internationalen Raumstation bringen wollen.

Die Idee besteht einfach darin, zu sehen, wie sich diese künstlichen Organe schlagen, wenn sie starker Weltraumstrahlung ausgesetzt werden, denn wenn Menschen eines Tages in die Tiefen des Weltraums vordringen wollen, müssen wir wissen, ob unser Herz uns wirklich dorthin tragen kann.

Hinter dem spannenden Plan stehen Forscher mit einem Programm namens Pulse. Die vom Europäischen Innovationsrat finanzierte Website von Pulse betont die Bedeutung der Erstellung komplexer, präziser und leicht manipulierbarer biogedruckter Materialien, um „die langfristige Weltraumforschung zu einer sichereren und praktikableren Option zu machen“. Das Team erklärt jedoch auch, dass dieses Unterfangen auch zu Durchbrüchen in der erdbasierten Medizin beitragen kann, insbesondere im Hinblick auf Krebstherapien, bei denen der menschliche Körper ebenfalls intensiver Strahlung ausgesetzt wird.

„Die ehrgeizigen Ziele des PULSE-Projekts beziehen sich sowohl auf die Weltraumforschung als auch auf die Gesundheitsversorgung auf der Erde“, sagte Lorenzo Moroni, Projektkoordinator und Professor für Biofabrikation für regenerative Medizin an der Universität Maastricht in den Niederlanden, in einer Erklärung. „Bioprinted-Organoide, die die Komplexität menschlicher Organe genau nachbilden, haben das Potenzial, die Abhängigkeit von Tierversuchen zu verringern und eine genauere und effizientere Plattform für die Untersuchung von Krankheitsmechanismen und die Bewertung von Arzneimittelreaktionen bereitzustellen.“

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Während das PULSE-Projekt sicherlich insofern innovativ ist, als noch nie vollständig 3D-gedruckte Herzen zur ISS geschickt wurden, haben sich Wissenschaftler in der Vergangenheit damit beschäftigt, Herzzellen weltraumgestützten Bedingungen auszusetzen.

Beispielsweise haben verschiedene Institutionen wie die Brown University und die Johns Hopkins University in den letzten Jahren mit der NASA zusammengearbeitet, um einige Herzgewebeproben zur ISS zu schicken – zuletzt im Rahmen der Roboter-Nachschubmission CRS-27 von SpaceX. Der Zweck bestand darin, zu sehen, wie sich jedes Zellsubjekt, liebevoll „Gewebe auf einem Chip“ genannt, unter Schwerelosigkeitsbedingungen zusammenzieht und herauszufinden, ob natürliche Herzmuskelschäden rückgängig gemacht werden können, da die Umgebung des Weltraums die Auswirkungen des Alterns auf den Menschen gewissermaßen nachahmt Körper, aber im Schnellvorlauf. Und das gehört zu einer Reihe weiterer interessanter Experimente, die mit Tissue-on-a-Chip durchgeführt wurden.

Tatsächlich überwachen Astronauten, die physisch auf der ISS stationiert sind, auch ständig ihre Herz-Kreislauf-Gesundheit für aktive wissenschaftliche Herzstudien wie das Vascular Echo der Canadian Space Agency, das untersucht, wie Arterien und Herzen auf Blutdruckveränderungen reagieren, die bekanntermaßen im Weltraum auftreten.

Im Gegensatz dazu hofft PULSE jedoch, vollständige künstliche Herzen in das erdumlaufende Labor zu schicken – keine Zellproben oder funktionierende Organe, die in menschlichen Körpern eingeschlossen sind.

Möglicherweise besteht der Vorteil dieser Technik gegenüber ersterer darin, dass sie ein echtes Herz viel besser nachbildet, und gegenüber letzterer darin, dass sie für bestimmte Forschungsexperimente leicht testbar und kontrollierbar ist.

Laut einem Überblick über das Programm beabsichtigen die Forscher, diese Herzen mit der sogenannten „PULSE-Technologie“ zu bauen, in Anlehnung an ein System, das sich die sogenannte „Magnetschwebebahn“ und „akustische Schwebebahn“ zunutze macht.

Grundsätzlich nutzt die akustische Levitation Schallwellen, um etwas in der Luft aufzuhängen, während die magnetische Levitation für den gleichen Effekt Magnetfelder nutzt. Sie haben vielleicht schon einmal von Magnetschwebebahn gehört, und zwar im Fall von Magnetschwebebahnen, Zügen, die kaum über der Erde schweben, um atemberaubende Geschwindigkeiten zu erreichen. Diese nutzen auch die Kraft der Magnetschwebebahn, allerdings für den Transport im Fahrzeug.

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Im Fall von PULSE besteht der Zweck dieser beiden Levitationstechniken darin, es Wissenschaftlern zu ermöglichen, verschiedene Teile eines biogedruckten Organs (Denkstoff, Zellen und Hydrogele) perfekt zu manipulieren, sodass die Probe ihr wahres Gegenstück hervorragend widerspiegelt.

Wenn es der Menschheit gelingt, eines Tages den Traum vom Eintritt in das Zeitalter der Erforschung des Weltraums und der Besiedlung des Mars zu verwirklichen, könnten die Ergebnisse aller Herz-Weltraumstudien, einschließlich PULSE, wichtige Teile des Puzzles sein.

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Monisha Ravisetti ist Astronomie-Redakteurin bei Space.com. Sie behandelt Schwarze Löcher, Sternexplosionen, Gravitationswellen, Entdeckungen von Exoplaneten und andere Rätsel, die im Gefüge von Raum und Zeit verborgen sind. Zuvor war sie Wissenschaftsjournalistin bei CNET und berichtete davor für The Academic Times. Bevor sie Schriftstellerin wurde, war sie Immunologieforscherin am Weill Cornell Medical Center in New York. Sie schloss 2018 ihr Studium an der New York University mit einem BA in Philosophie, Physik und Chemie ab. Sie verbringt zu viel Zeit damit, Online-Schach zu spielen. Ihr Lieblingsplanet ist die Erde.

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