Tom Marshburn führt Tests durch, um zu beobachten, wie sich Flüssigkeit in Schwerelosigkeit über Oberflächen bewegt.(Bildnachweis: NASA)
In der Mikrogravitationsumgebung der niedrigen Erdumlaufbahn gibt es viel mehr Experimente und Forschungsmöglichkeiten in den Bereichen der medizinischen Wissenschaft und der Entwicklung biomedizinischer Technologien, die uns auf der Erde zugute kommen können.
Das liegt daran, dass die Mikrogravitation Organismen wie menschliche Bakterien und Viren sowie die DNA verändert und sogar die Funktionsweise von Zellen umgestaltet, so dass die Astronauten Forschungen durchführen können, die anderswo nicht möglich wären. Die Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) führen jedoch nicht nur die Experimente durch, sondern stehen auch im Mittelpunkt einiger Forschungsarbeiten. Die Auswirkungen auf die Gesundheit der Astronauten werden weiterhin untersucht, um die Pflege und Behandlung von Problemen im Zusammenhang mit Alterung, Osteoporose, Wundheilung und vielem mehr zu verbessern.
Um mehr über dieses hochmoderne Forschungsgebiet zu erfahren, hatte kosmischeweiten.de die Gelegenheit, mit dem langjährigen NASA-Astronauten Dr. Tom Marshburn, jetzt Chief Medical Officer bei Sierra Space, darüber zu sprechen, was er im Laufe der Jahre gesehen hat und wie die Raumfahrt weiterhin den Weg für neue medizinische Möglichkeiten ebnet.
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Thomas Marshburn ist ein Veteran von drei Raumflügen, STS-127, Expedition 34/35 und Expedition 66/67 als Teil der Crew-3. Bevor er Astronaut wurde, diente Dr. Marshburn als Flugchirurg, der dem medizinischen Betrieb des Space Shuttle und dem gemeinsamen amerikanisch-russischen Raumfahrtprogramm zugeteilt war und schließlich die medizinische Leitung der Internationalen Raumstation übernahm. Er diente als Pilot der NASA SpaceX Crew-3 Mission zur Internationalen Raumstation, die am 10. November 2021 startete.
kosmischeweiten.de: Wie haben Ihnen Ihre frühe Ausbildung und Ihr Studium geholfen, in den Bereich der Raumfahrt und der Medizin zu gelangen?
Marshburn: Ich habe einen Abschluss in Ingenieurswissenschaften, der wesentlich dazu beigetragen hat, dass ich in der Medizin eher systemisch denken kann, was bei der Arbeit im Raumfahrtprogramm, wo man ständig mit Ingenieuren kommuniziert, unerlässlich ist. Man muss sich auch in ein System einfügen; ein Raumschiff muss in erster Linie funktionieren, um Menschen am Leben zu erhalten und effizient zu arbeiten. Vor meinem Eintritt in das Astronautenkorps war ich zehn Jahre lang in der Notfallmedizin tätig, unter anderem als Fliegerarzt bei der NASA in der Missionskontrolle.
Dieser ganze Hintergrund hat mir im Weltraum sehr geholfen, denn wenn man dort oben ist, macht man eine Menge Dinge. Man ist Klempner, Elektriker, Mechaniker, man macht Weltraumspaziergänge, Wissenschaft, ein bisschen Wartung. Wenn man also versteht, wie die Missionskontrolle arbeitet und welche Entscheidungen sie zu treffen hat, macht das einen großen Unterschied, nicht nur in Bezug auf die Fähigkeiten, sondern auch in Bezug auf die Kommunikation.
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kosmischeweiten.de: Seitdem hat es so viele Fortschritte und Veränderungen gegeben. Was haben Sie beobachtet, nachdem Sie sowohl auf der Erde als auch im Weltraum auf der ISS gearbeitet haben?
Marshburn: Ich habe mich in meiner frühen medizinischen Forschung in der Raumfahrt auf weltraumphysiologische Themen konzentriert, daher hat sich das für mich nicht allzu sehr verändert. Die Arbeit mit Sierra Space, die Möglichkeit, im Weltraum zu produzieren und zu forschen, um die Arbeit in den Labors zu beschleunigen, hat mir die Augen geöffnet.
Alle Entdeckungen, die auf der ISS gemacht werden und die zeigen, wie sich das Leben auf zellulärer Ebene verändert, wenn man die Schwerkraft aufhebt, haben meinen Blick für das, was im Weltraum passieren kann und was getan werden muss, stark erweitert. Meine Erfahrungen dort oben und als Fliegerarzt haben mir die Augen dafür geöffnet, was mit den Menschen passiert, wenn wir sechs Monate oder länger dort oben leben, und wie das dem Alterungsprozess entspricht, nur dass er beschleunigt ist. Man kann alle möglichen Studien durchführen, die mit Atrophie, kardiovaskulärer Schwäche, neurovestibulärer Schwäche zu tun haben … Was bei uns in nur wenigen Monaten passiert, würde bei jemandem am Boden über mehrere Jahrzehnte hinweg geschehen, und so ist die Möglichkeit, dies zu untersuchen, um die Patientenversorgung am Boden zu verbessern, faszinierend.
kosmischeweiten.de: Lassen Sie uns an einem Beispiel erläutern, wie die Forschung im Weltraum medizinischen Fragen zugute kommt, die wir hier auf der Erde haben.
Marshburn: Die medizinische Praxis im Weltraum beeinflusst die medizinische Praxis auf der Erde auf sehr positive Weise. Die Auswirkungen auf den menschlichen Körper sind tiefgreifend und wir fangen gerade erst an, sie zu verstehen; sie stehen in direktem Zusammenhang mit Dingen, die auf der Erde passieren. Vielleicht haben Sie schon vom Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome (SANS) gehört, bei dem sich die Sehkraft verändert. Es sieht so aus, als ob unser Hirndruck der Schuldige sein könnte, wir sind uns noch nicht sicher, denn Flüssigkeitsverschiebungen stauen sich im Gehirn und erhöhen dort den Druck, was sich auf den Augenhintergrund auswirkt.
Es gibt medizinische Syndrome, die damit übereinstimmen, und so gibt es ein immenses Interesse und Bemühen von Ärzten, an der Lösung dieses Problems zu arbeiten. Alle möglichen medizinischen Indikationen sind aus SANS hervorgegangen, und sie verstehen, dass die Strömungsmuster in der Verbindung zum Augenhintergrund viel besser sind. Sie beginnen, Dinge wie unerklärliche Kopfschmerzen herauszufinden und warum diese bei Menschen am Boden auftreten.
Dr. Tom Marshburn verbrachte während seiner Zeit als NASA-Astronaut über 24 Stunden bei Weltraumspaziergängen. (Bildnachweis: NASA)
kosmischeweiten.de: Ich finde es sehr interessant, auf wie viele Arten der Weltraum so viele Dinge für uns hier auf der Erde möglich macht. Vor allem im medizinischen Bereich ist uns, glaube ich, gar nicht bewusst, wie viele Dinge, die Teil unseres Lebens sind, aus der Forschung stammen, die durch die Raumfahrt ermöglicht wurde.
Marshburn: CAT-Scans, die Software, mit der all diese Bilder zu einer 3D-Darstellung des Körperinneren zusammengefügt werden können, stammt von der Mondlandefähre des Apollo-Programms. Ein anderes Beispiel war ein wunderschönes Experiment, an dem ich beteiligt war, als wir den Kapillarfluss untersuchten. Auf der Raumstation verfolgten wir den Weg von Flüssigkeiten durch all diese verschiedenen Formen und Kanäle, und es stellte sich heraus, dass sich winzige Pikoliter-Volumina von Flüssigkeiten auf dem Boden genauso verhalten wie Flüssigkeiten im Weltraum. Das hat uns in die Lage versetzt, mit einigen Gruppen zu sprechen, die die Fähigkeit entwickeln, eine ganze große Labormaschine auf einem einzigen Chip unterzubringen. Sie sind in der Lage, den Fluss eines einzigen Bluttropfens umzuleiten, denn das ist alles, was man für viele der erforderlichen Analysen braucht. Das Ergebnis sind Geräte, die – soweit ich weiß – in Afrika zur HIV-Diagnose in der Bevölkerung und für zahlreiche andere Anwendungen eingesetzt werden.
kosmischeweiten.de: Einige der Entdeckungen kommen auch dadurch zustande, dass man etwas schafft, was es derzeit im Weltraum nicht gibt, und dann nutzt man das, was man geschaffen hat, um den Ärzten in unseren Krankenhäusern zu helfen. Es ist zum Beispiel nicht so, dass man auf der ISS eine riesige Maschine bekommen kann, wie wir sie in der Notaufnahme haben.
Marshburn: Wir haben kein Röntgengerät im Weltraum, wie können wir also diagnostische Bildgebung betreiben und uns um die Menschen kümmern, wenn man ins Innere schauen muss? Wir haben angefangen, Ultraschalluntersuchungen am Körper durchzuführen, und es hat sich herausgestellt, dass man damit eine Menge machen kann.
Ich habe an zahlreichen Studien teilgenommen, bei denen jedes System des Körpers untersucht wurde; ich habe mir die Knochen angeschaut, einige Leute haben sich angeschaut, was man in der Lunge sehen kann. Sie fanden heraus, dass man die Bewegung des Lungenfells, des Rippenfells, und seine Schnittstelle mit dem gesamten Rumpf und die Position der Rippen verfolgen kann. Diese Entdeckung, die auf den ersten Blick keine große Sache zu sein scheint, ist eine wunderbare Möglichkeit, einen Pneumothorax zu erkennen – eine Lunge, in der sich Luft angesammelt hat und die dann kollabiert.
Eine der Haupttodesursachen für Menschen, die nach einem Trauma in die Notaufnahme kommen, ist eine kollabierte Lunge, und das muss noch schneller erkannt werden, als dass man ein großes Röntgengerät aufrollen und eine Röntgenaufnahme machen kann. Dies steht in direktem Zusammenhang mit der Raumfahrtforschung – man legt eine Ultraschallsonde auf jemanden mit einer kollabierten Lunge, sticht eine Nadel hinein, lässt die Luft heraus und rettet den Patienten. Das Ganze nennt sich Focused Assessment with Sonography in Trauma (FAST), um den Pneumothorax mit einzubeziehen, und ist heute Teil der Praxis in den USA und auf der ganzen Welt.
Dr. Marshburn demonstriert die Funktionsweise von Ultraschall im Weltraum unter Verwendung von Wasser anstelle von Ultraschallgel. In der Mikrogravitation ist die Verwendung von Wasser ähnlich wirksam und kostengünstiger. (Bildnachweis: NASA)
kosmischeweiten.de: Ausgehend von dieser Frage haben Sie auf der ISS kein ganzes Krankenhaus mit unbegrenzten Ressourcen. Ich kann mir also vorstellen, dass es Herausforderungen gibt und Sie sich anpassen mussten, um die von Ihnen betriebene Forschung durchzuführen.
Marshburn: Darüber denken wir die ganze Zeit nach. In der niedrigen Erdumlaufbahn haben wir Zugang zu Experten auf dem Boden. Kann man einen Geologen, einen Testpiloten oder einen Arzt, der seit 10 Jahren nicht mehr praktiziert hat, dazu bringen, im Weltraum etwas Effektives zu tun? Wir brauchen ein ganzes System, und das ist etwas begrenzt. Ich habe zum Beispiel keinen Operationssaal, aber die Maximierung unserer Möglichkeiten für Televideos zur diagnostischen Bildgebung durch Ultraschall und Fernsteuerung hat zu einigen Techniken geführt, die eingesetzt wurden.
Der andere Schritt ist, dass wir insbesondere auf dem Weg zum Mars nicht in der Lage sein werden, ein Echtzeitgespräch zu führen, wie wir es jetzt tun. Es könnte ein KI-Paket sein, um [medizinische Literatur] zu durchsuchen und eine verständliche und sofort zugängliche Lösung für Menschen in einem abgelegenen Fahrzeug bereitzustellen, die keinen Zugang zu anderen Ressourcen auf der Erde haben. Wenn man das herausfindet, hilft das auch den Ärzten in einer überfüllten Notaufnahme in einer Großstadt. Es kann eine halbe Stunde dauern, auf einem Laptop zu recherchieren, um eine medizinische Antwort auf eine Frage zu erhalten, und KI hilft dabei sicherlich.
kosmischeweiten.de: Sie haben in Ihrer Karriere einige Zeit auf der ISS verbracht und im Weltraum geforscht. Wie ist es nun, wieder auf der anderen Seite der Dinge auf dem Boden zu sein und für Sierra Space zu arbeiten? Worauf freuen Sie sich am meisten?
Marshburn: Zum einen darauf, beim Aufbau eines bemannten Raumfahrtprogramms mitzuhelfen, und zum anderen darauf, das Labor, das wir an unserem Zielort einrichten werden, ein großes, erweiterbares Habitat, das wir in ein paar Jahren starten werden, wirklich zu optimieren. Ich habe meinen Crew-Hut aufgesetzt, um mit den Wissenschaftlern und dem Geschäftsentwicklungsteam zusammenzuarbeiten und zu erklären, was ein Mensch tun könnte, sobald wir einen Astronauten an Bord haben, und was automatisch getan werden kann. Wir haben uns noch nicht mit all den Vorteilen der Arbeit im Labor befasst, wo die Schwerkraft keine Rolle spielt, weil man sich im Orbit befindet.
Für die Zukunft der Medizin und die Behandlung von Menschen wird dies eine Beschleunigung der Arzneimittelentwicklung bedeuten. Man kann perfekte Kristalle züchten, ohne dass das Kristallwachstum durch Defekte oder Schwerkraft gestört wird. Man kann perfekte Kristalle von Proteinen züchten, so dass die Kernunternehmen alle Stellen auf dem Protein identifizieren können, die die wirksamen Stellen sind, und Medikamente entwickeln können, die viel gezielter und wirksamer sind. Dies ist bereits geschehen, wenn auch nur in kleinen Teilen, und wir werden dies in großem Maßstab tun. Sobald man den Kristall auf die Erde zurückgebracht hat, kann man weitere Kristalle züchten, die diesem entsprechen, so dass man sie in industriellem Maßstab entwickeln kann.
Die andere faszinierende Sache ist, dass einzelne Zellen von der Schwerkraft beeinflusst werden, die Zytoskelettstruktur verändert sich, und das verändert dann die Expression aller Zellen. Dadurch werden Krebszellen zu wirklich schnell wachsenden Zellen und einige Bakterien werden in gewisser Weise viel gefährlicher für den Menschen.
Dadurch können wir die Entwicklung von Impfstoffen und Krebsmedikamenten beschleunigen. Wir arbeiten mit Redwire zusammen, die bereits Teile davon auf der ISS eingesetzt und demonstriert haben, so dass wir diese Arbeit in größerem Maßstab durchführen werden.
Wir züchten tatsächlich Organe, und Sie können sich vorstellen, was das bedeuten würde, nicht nur ein Organ für jemanden zu regenerieren, sondern vor allem auch 1.000 verschiedene Störungen des Chemotherapeutikums zu testen und herauszufinden, was für das Organ tatsächlich gefährlich ist, was tatsächlich durchgeht und wirksam ist. Der Aufbau von menschlichem Gewebe ist wirklich die Zukunft dessen, was wir in unseren Raumstationen tun werden.
