Astronauten auf der ISS führen Experimente mit Muskelchips durch.(Bildnachweis: NASA)
Astronauten erleiden durch den Aufenthalt in der Schwerelosigkeit einen erheblichen Muskelschwund, aber neue Medikamente, die neue Muskeln aufbauen sollen, wirken diesem Effekt teilweise entgegen, wie neue Forschungsergebnisse zeigen.
Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen sowohl für Langzeit-Weltraummissionen als auch für die Behandlung von Muskelschwund auf der Erde, so die Studienautoren.
Bereits eine Woche im Weltraum beschleunigt die Muskelalterung so sehr, dass die Muskeln der Astronauten denen von Menschen mit einer Krankheit namens Sarkopenie ähneln. Dieser fortschreitende Abbau der Skelettmuskulatur dauert auf der Erde Jahrzehnte und betrifft in der Regel ältere Erwachsene.
Die Muskeln der Astronauten werden im Weltraum schwächer, weil sie im Weltraum nicht so hart arbeiten wie unter dem unaufhörlichen Gewicht der Schwerkraft auf der Erde. Obwohl die Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) ein intensives Trainingsprogramm absolvieren – unter anderem auf stationären Fahrrädern fahren, auf Laufbändern laufen und Gewichte heben – verlieren sie 10 bis 20 % ihrer Muskelmasse und setzen sich damit einem höheren Risiko für ernsthafte gesundheitliche Probleme aus.
„Der Weltraum ist eine wirklich einzigartige Umgebung, die die mit dem Altern verbundenen Eigenschaften beschleunigt und auch viele gesunde Prozesse beeinträchtigt“, sagte Studienmitautorin Ngan Huang, eine außerordentliche Professorin an der Stanford University, in einer Erklärung. „Da Weltraumreisen immer häufiger werden und auch für Zivilisten zugänglich sind, ist es wichtig zu verstehen, was mit unseren Muskeln in der Mikrogravitation passiert.“
Für die experimentelle Studie wurden die Muskel-„Chips“ – biotechnisch hergestellte Pakete aus Kollagenstreifen, die so angeordnet sind, dass sie die Struktur echter Muskeln nachahmen – zur ISS gebracht, wo die Astronauten im Laufe einer Woche eine Reihe von Experimenten durchführten. Auf der Erde führten Huang und ihr Team die gleichen Experimente parallel durch, so dass die Forscher die Muskeln von Astronauten in der Schwerelosigkeit mit Muskeln vergleichen konnten, die auf der Erde normal altern.
Inhaltsübersicht
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Das Team fand heraus, dass der weltraumreisende Muskel metabolische Veränderungen aufwies, die darauf schließen lassen, dass seine Regenerationsfähigkeit beeinträchtigt war. Sie entdeckten auch eine Genaktivität, die typischerweise mit Sarkopenie verbunden ist: Die Gene, die mit der Funktion der Mitochondrien, der Energiequelle der Muskeln, zusammenhängen, waren beeinträchtigt, während die Gene, die mit der Fettbildung zusammenhängen, verstärkt waren.
Die Ergebnisse zeigen, wie die Mikrogravitation die Fähigkeit der Muskeln zur Reparatur und Regeneration beeinträchtigt.
Vorbeugung und Behandlung von Muskelschwund
Die Astronauten auf der ISS haben den „Muskeln auf einem Chip“ auch zwei Medikamente zur Reparatur geschädigter Muskeln oder zur Behandlung von Sarkopenie verabreicht. Diese Behandlung verhinderte teilweise die Umstellung des Stoffwechsels auf Fettbildung und verringerte einige der negativen Auswirkungen der Schwerelosigkeit, fanden die Forscher heraus. Eine weitere Untersuchung der Genaktivität in den medikamentenbehandelten Muskeln zeigte, dass sie den normal alternden Muskeln auf der Erde ähnlicher waren als denen, die im Weltraum unbehandelt blieben.
Die Ergebnisse, die am 25. Juli in der Zeitschrift Stem Cell Reports veröffentlicht wurden, könnten auch für die Behandlung auf der Erde von Bedeutung sein.
„Wir glauben, dass unsere Forschungen über Muskelchips in der Mikrogravitation weiterreichende Auswirkungen auf die Sarkopenie haben könnten“, sagte Huang in der Erklärung. „Auf der Erde dauert es normalerweise Jahrzehnte, bis sich Sarkopenie entwickelt, und wir glauben, dass die Mikrogravitation den Krankheitsprozess innerhalb weniger Tage beschleunigen kann.“
Mit längeren Weltraummissionen und Weltraumtourismus am Horizont ist dies nur eine von mehreren aktuellen Studien, die die Auswirkungen des Weltraumflugs auf den menschlichen Körper untersuchen. Letzten Monat zeigte beispielsweise eine Reihe von Tests an vier Zivilisten, die im Jahr 2021 den Weltraum besuchten, dass sie ein gestresstes Immunsystem und erhöhte Marker für Knochen- und Muskelschwund hatten, die alle nach ihrer Rückkehr zur Erde wieder auf das Niveau vor dem Flug zurückkehrten. Diese schnellen, aber kurzlebigen Auswirkungen konnten im Blut der Raumfahrer nach nur wenigen Stunden im Orbit nachgewiesen werden, so die Forscher.
„Wir kommen dem Punkt näher, an dem wir die Dosis, die der Weltraum auf den Körper ausübt, fast messen können“, sagte Christopher Mason, Professor für Genomik, Physiologie und Biophysik an der Weill Cornell Medicine in New York City, der eine der Studien leitete, gegenüber kosmischeweiten.de.
