Seit den 1960er Jahren haben über 550 Personen einen erfolgreichen Ausflug ins All unternommen. Der menschliche Körper kann demnach zwar mit der Schwerelosigkeit und der erhöhten Strahlung zurechtkommen. Doch es hat sich auch gezeigt, dass die bemannte Raumfahrt durchaus mit einem gesundheitlichen Preis verbunden ist. Neben Verlusten an Muskel- sowie Knochenmasse sind deutliche Beeinträchtigungen der Herz-Kreislauf-Funktion zu verzeichnen. So zeigte sich etwa, dass Astronauten häufiger unter Herzrhythmusstörungen leiden. Vor allem längere Aufenthalte im All scheinen dabei problematisch zu sein: Es kann zu einem Nachlassen der Pumpleistung des Herzens kommen. Angesichts der aktuellen Pläne für bemannte Missionen zum Mars und darüber hinaus haben diese Auswirkungen nun erheblich an Bedeutung gewonnen: Es wird immer wichtiger, die Folgen eines Langzeit-Raumflugs auf die Herzgesundheit besser zu verstehen, um Vorkehrungen treffen zu können.
Wichtige Informationen können dabei neben Untersuchungen an Astronauten auch die Reaktionen der zellulären Grundeinheiten des Herzens bei Weltraumbedingungen liefern. Es wurden bereits Untersuchungen an Herzzellen durchgeführt, die zur Internationalen Raumstation geschickt wurden. Sie lieferten zwar Hinweise zur Beeinträchtigung der Herzfunktion, es gab aber einen einschränkenden Aspekt: Bisher wurden nur Zellen untersucht, die auf einem flachen Nährmedium gewachsen waren – also zweidimensional. Dies entspricht aber nicht der dreidimensionalen Anordnung der Zellen im Herzen. Wie Studien gezeigt haben, kann sich das erheblich auswirken: 2D-kultivierte Zellen können im Vergleich zu ihren natürlichen Gegenstücken erhebliche Unterschiede in Struktur, Funktion und Genaktivität aufweisen. In dreidimensionaler Form gezüchtete Zellstrukturen stellen dagegen deutlich geeignetere Modelle dar, haben Studien gezeigt.
Herz-auf-einem-Chip-Plattform
Aus diesem Grund haben die Forschenden um Devin Mair von der Johns Hopkins University in Baltimore nun ein entsprechendes Konzept für den Einsatz in der Internationalen Raumstation entwickelt. „Unser System ahmt die komplexe Umgebung des menschlichen Herzmuskels nach“, schreiben die Forschenden. Bei ihrer sogenannten 3D-Herz-auf-einem-Chip-Plattform handelt es sich um ein kompaktes Gerät, das ohne großen Aufwand auf der Raumstation eingesetzt werden kann. Es umfasst sechs Kammern, in denen sich sogenannte Hydrogele befinden. In deren Gerüststrukturen sitzen dreidimensionale Gewebseinheiten aus menschlichen Herzzellen, die auch das für sie typische Kontraktionsverhalten zeigen. Diese Bewegungen werden dabei durch Sensoren automatisch erfasst. Außerdem können die Gewebe nach Versuchen entnommen und untersucht werden.
