Abgehobenes Mikroskop

  • 29. April 2015

Spinning-Disc-Laserscanning-Analysesystem beweist sich im Höhenflug auf TEXUS-52.

Die Forscher bereiten den Nutzlastbereich der insgesamt fast 13 Meter hohen VSB-30 Höhenforschungsrakete vor.

Abb.: Die Wissen­schaftler bereiten den Nutz­last­bereich der insge­samt fast 13 Meter hohen VSB-30 Höhen­for­schungs­rakete vor. (Bild: F. Kohn)

Der Countdown läuft, die Rakete startet, dann geht es sechs Minuten lang – zirka 250 Kilometer – hinauf in den Himmel. Am Montag startete die TEXUS-52 auf ihren Suborbitalflug in den Himmel Schwedens. An Bord: Nervenzellen. Das Experiment soll zeigen, wie stark Zellprozesse von der Schwerelosigkeit beeinflusst werden. In der Praxis könnten diese Erkenntnisse hilfreich für die Medizin und Raumfahrt sein.

Knapp drei Wochen vor dem Start war Florian Kohn vom Fachgebiet Membran­physiologie der Uni Hohenheim in Schweden und bereitete die Proben für ihren kurzen Rundflug vor. Eine technische Raffinesse während des 6-Minuten-Flugs: Noch in der Luft schaltet sich das konfokales Laser­scanning-Mikroskop ein, das extrem hochauflösende Aufnahmen der gefärbten Nervenzellen und ihrer Prozesse in der Schwere­losigkeit anfertigt. „Die Entwicklung des Lebens auf der Erde hat unter konstanter Schwerkraft stattgefunden. Nehmen wir die Schwerkraft weg, laufen viele Prozesse anders ab. Das wollen wir untersuchen und herausfinden, wie man die nun anders ablaufenden Prozesse gezielt einsetzen kann“, begründet Kohn nach dem erfolgreichen Start am Telefon.

Im Detail will Kohns Arbeitsgruppe zwei gefundene Effekte genauer unter­suchen. „Einmal ist messbar, dass die Geschwindigkeit, mit der Nervenzellen unter Schwerelosigkeit mitein­ander kommunizieren, abnimmt. Laut Weltraum­medizinern hat das beispiels­weise einen Einfluss auf die Reflexe von Astro­nauten. Sie sind also ein bisschen langsamer im All.“ Der zweite Effekt: Das Ruhepotenzial von Nervenzellen unter Schwerelosigkeit verringert sich. So kann eine Nervenzelle, die der Schwerelosigkeit ausgesetzt ist, Signale einfacher an andere Zellen weitergeben.

An sich handelt es sich bei dem Experiment um reine Grundlagenforschung. „Wir wollen besser verstehen, wie Nervenzellen funktionieren. Die Schwere­losigkeit ist ein Werkzeug, um die Zellen zu beeinflussen.“ In der Praxis könnte Kohns Forschung allerdings auch dazu beitragen, das Wohlbefinden von Astronauten zu steigern – oder sogar auf der Erde medizinischen Nutzen zu stiften. „Theoretisch wäre denkbar den Schwerelosig­keitseffekt zu nutzen, um die Wirkung von Medikamenten zu verbessern, indem man die Zellmembranen beeinflusst und die Wirkstoffe so schneller zu ihrem Ziel gelangen.“ Ursache könnte im Zytoskelett der Zelle liegen Die Ursache für die beobachteten Effekte könnte unter anderem Einflüsse von Schwerkraft und Schwere­­losigkeit auf das Stütz­skelett der Zelle sein, vermutet Kohn.

Das fluoreszenz­mikroskopische Analysesystem FLUMIAS wurde für genau solche Untersuchungen entwickelt. Strukturelle Verände­rungen des Zellskeletts, von Zellorganellen und Membranen, Änderungen von Ionen­konzentra­tionen und die Verteilung von Enzymen und anderen Proteinen in den Zellen lassen sich mit Hilfe des Spinning-Disc-Verfahrens zeitlich und räumlich hochaufgelöst und dreidimen­sional verfolgen. Seine Eignung für den Suborbitalflug hat das Instrument letztes Jahr im Rahmen der 24. DLR-Parabel­­flug­kampagne unter Beweis gestellt (siehe Bericht im Physik Journal).

U. Hohenheim / DLR / OD

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