Das Weltraumexperiment SPHEROIDS
SPHEROIDS ist ein biologisches Experiment mit humanen Zellen. Die verwendeten Zellen bilden die innere Schicht von Blutgefäßen und sind im direkten Kontakt mit dem Blut. Sie werden Endothelzellen genannt und sind u.a. an der Regulierung des Blutdrucks beteiligt.
Im Weltraum entwickeln viele Astronauten gesundheitliche Probleme wie z. B. eine orthostatische Dysfunktion und Veränderungen des Blutdrucks. Aus diesem Grund untersuchten wir Endothelzellen in simulierter Mikrogravitation (s-µg). Für die Simulation nutzen wir überwiegend die Random Positioning Machine (RPM) – für nähere Information zur RPM siehe hier.
Wir konnten beobachten, dass die Endothelzellen in unseren Versuchen von einen 2-dimensionalen Wachstum in ein 3-dimensionales übergingen und große, längliche Zellaggregate bildeten. Diese länglichen Aggregate (Schläuche) waren wie sehr rudimentäre Blutgefäße geformt. Wir konnten in Kokulturversuchen sogar kleine Blutgefäße mit mehr als nur einer Zellschicht nachbauen.
Um zu verstehen, warum und wie die Endothelzellen ihr Wachstum verändern und wie sie in µg adaptieren und ob vielleicht sogar Unterschiede zwischen simulierter und realer µg bestehen, beantragte Frau Prof. Grimm das Weltraumexperiment SPHEROIDS bei der ESA. Das Experiment wird von der Erde auf die ISS in autark operierenden Experiment Containern (EC) gebracht werden (Abb. 1). Ein EC beinhaltet Kammern, in denen die Endothelzellen wachsen können (Kultivierungskammern, engl. Cultivation Chamber, CC), und Kammern mit frischer Nährflüssigkeit (Zellkulurmediumkammer, engl. Medium Chamber, MC). Am Ende der Experimentdauer, sollen die Zellen fixiert werden. Bevor die Zellen jedoch geschehen kann, muss die Nährflüssigkeit aus den CC ab- und in eine Überstandskammern (engl. Supernatant Chamber, SC) gepumpt werden. Sobald die CC entleert ist, wird aus eine Fixierkammer (engl. Fixation Chamber) das Fixierungsmittel in die CC gepumpt.
Abb. : Experiment Container des SPHEROIDS ISS Experiments.
Jede EC besteht aus insgesamt 2 CCs, 2 MCs, 2 SCs und einer gemeinsamen FC und somit zwei voneinander unabhängigen Experimenten (E1 und E2). Der Grund dafür liegt in der verwendeten Nährflüssigkeit. Für ein Experiment wird die Flüssigkeit zusätzlich zu den bereits darin enthaltenen Nährstoffen mit dem Vaskulären Endothlialen Wachstums Faktor (engl. vascular endothelial growth factor, VEGF) angereichert. Wir fanden in unseren Experiment in s-µg, das VEGF einen zellprotektiven Einfluss ausübt. E1 wird das Experiment ohne und E2 mit VEGF sein.
Neben den unterschiedlichen Nährflüssigkeiten wollen wir auch Versuche zu unterschiedlichen Zeitpunkten (7 und 14 Tage) fixieren und zwei verschiedene Fixierungsmittel (Paraformaldehyd, PFA, und RNAlater) verwenden. Mit PFA wollen wir die sich hoffentlich bildenden 3-dimensionalen Zellaggregate bis zur Rückkehr konservieren und dann hier auf der Erde einer strukturellen Analyse unterziehen. Mit RNAlater konservieren wir die Botenstoffe innerhalb der Zellen und können diese im Labor isolieren und ebenfalls mit verschiedenen Methoden untersuchen. Tabelle 1 zeigt alle Gruppen die uns nach der Fixierung der Experimente und Rückkehr auf die Erde für die Untersuchung zur Verfügung stehen werden. Jedes dieser Experimente können wir zweimal zur ISS schicken.
Zur Vorbereitung des Weltraumfluges werden mehrere Personen unserer Arbeitsgruppe ins Kennedy Space Center im Cape Canaveral, Florida, reisen und dort vor Ort die EC zusammenbauen. Bereits jetzt führen wir einen englischen Blog auf unserer Homepage, in dem der Fortschritt der Mission verfolgt werden kann.