Mini-Organe im All: TUD-Forschungspro­jekt untersucht die Wirkung von Schwerelosig­keit auf Lebergewebe

Weltraummissionen bringen spezielle Herausforderungen für den menschlichen Körper mit sich: Mikrogravitation und eine erhöhte Strahlenbelastung verändern grundlegende biologische Abläufe, insbesondere in Immun-, Nerven- und Muskelzellen. Vor dem Hintergrund der Hightech‑Agenda der Bundesregierung und des Wissenschaftsjahres „Medizin der Zukunft“ rückt ein Projekt der TU Dresden nun die Frage in den Fokus, wie Weltraumbiologie zu medizinischen Innovationen beitragen kann. Das Forschungsprojekt ILLUMINATE im Rahmen des Cellbox‑Programms des Deutschen Zentrums für Luft‑ und Raumfahrt (DLR) untersucht dafür erstmals Maus‑Leberorganoide – im Labor gezüchtete Mini‑Modelle der Leber – unter realen und simulierten Weltraumbedingungen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Experiment im Zeitraum vom 1. November 2025 bis zum 31. Oktober 2028 mit 280.204 Euro.

Die medizinische Forschung im All gewinnt zunehmend an Bedeutung: Mit längeren Raumfahrtmissionen und neuen Raumstationen stellt sich die Frage, wie sich der menschliche Körper dauerhaft an Schwerelosigkeit und kosmische Strahlung anpasst. Diese Veränderungen sind nicht nur für die Gesundheit von Astronautinnen und Astronauten relevant, sie liefern auch neue Erkenntnisse für das Verständnis von Stressreaktionen, Gewebealterung oder Regenerationsprozessen.

© OncoRay

Um die Effekte der Weltraumbedingungen auf Zellen und Organoide zu untersuchen, wurden die Cellbox-Missionen entwickelt – etwa smartphonegroße Minilabore, die über einige Wochen in einem Raumfahrzeug um die Erde kreisen und der Schwerelosigkeit ausgesetzt sind. Für die Missionen Cellbox-4 und Cellbox-5 werden acht Teams an deutschen Forschungseinrichtungen biologische und biomedizinische Experimente durchführen.

Prof. Nils Cordes, Leiter des Bereichs Strahlenbiologie am OncoRay  – Nationales Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie, leitet ein solches Teilprojekt, das die Auswirkungen von realer und simulierter Mikrogravitation auf die Funktionalität von Maus-Leberorganoiden untersucht. Dabei werden Veränderungen in der Zellumgebung (extrazellulärer Matrix), der Genaktivität und der Struktur der Erbinformation (Chromatinstruktur) untersucht.

Ein zentraler innovativer Bestandteil des Projekts ist der erstmalige Einsatz der sogenannten ATAC-Sequenzierung im Weltraum. Mit dieser Methode lässt sich sichtbar machen, welche Abschnitte der Erbinformation in einer Zelle gerade „aktiv“ sind, sprich: welche Gene unter den Bedingungen von Schwerelosigkeit und kosmischer Strahlung genutzt werden können. Ziel ist es, genau zu verstehen, wie schnell sich Gewebe im All verändert und welche biologischen Prozesse diesen Anpassungen zugrunde liegen. Die gewonnenen Daten sollen Aufschluss über kurz- und langfristige Gewebeveränderungen im Weltraum geben und zur Entwicklung der Schutzstrategien für Organe während Langzeitmissionen beitragen.

Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit mehreren Partnereinrichtungen durchgeführt: Die Leberorganoide werden von Prof. Meritxell Huch am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden bereitgestellt. Die bioinformatischen Auswertungen werden durch das DRESDEN-concept Genome Center der TU Dresden begleitet. Experimente unter künstlicher Schwerelosigkeit entstehen in Kooperation mit Dr. Francesco Pampaloni (Goethe-Universität Frankfurt) und Dr. Christian Liemersdorf am Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des DLR.

„Die weltraumbiologische Forschung besitzt einen enormen transformativen Charakter, der weit über die Grundlagenwissenschaft hinausgeht. Für unser Team ist es etwas Besonderes, dass eine von uns entwickelte Idee tatsächlich ins All fliegt und dazu beiträgt, die Grundlagen der Gewebebiologie besser zu verstehen“, sagt Prof. Cordes.

Mit dem Projekt ILLUMINATE und der Teilnahme an der Cellbox-Mission stärkt die TU Dresden ihr Engagement in der Weltraumbiologie, einem Forschungsfeld, das zunehmend an Bedeutung gewinnt und wichtige Impulse sowohl für die Gesundheit der Astronautinnen und Astronauten als auch für medizinische Innovationen auf der Erde liefert. So könnte ein besseres Verständnis der mechanischen und strahlungsbedingten Belastungen des Gewebes die Entdeckung neuer Medikamente beschleunigen und neue biotechnologische Anwendungen ermöglichen.

„Das Cellbox-Programm zeigt eindrucksvoll, wie Grundlagenforschung und angewandte Wissenschaft ineinandergreifen. Die Beteiligung der Hochschulmedizin Dresden an diesem Projekt ist für uns eine wertvolle Möglichkeit, die Anpassungsfähigkeit des menschlichen Körpers besser zu verstehen und daraus neue Impulse für das Gesundheitswesen zu gewinnen“, betont Prof. Esther Troost, Dekanin der Medizinischen Fakultät der TU Dresden.

Mehr Informationen zum Forschungsprojekt

Hintergrund
Das Cellbox-Programm wurde 2011 von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR ins Leben gerufen und startete mit der Mission SIMBOX im Oktober 2011 mit der chinesischen Raumkapsel Shenzhou-8, die Experimente mit Pflanzen, kleinen Organismen und Krebszellen 17 Tage lang den Bedingungen des Weltalls aussetzte.

Mit SpaceX-3 wurde im April 2014 Cellbox-1mit Krebs- und Immunzellen zur Internationalen Raumstation (ISS) gebracht. Auf der Cellbox-2 Mission im Dezember 2017 und der Cellbox-3 Mission im November 2022 wurden Immun-, Nerven-, Krebs- und Muskelzellen auf der ISS der Schwerelosigkeit ausgesetzt und untersucht.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner
Prof. Nils Cordes
Professur für Molekulare und Zelluläre Radiobiologie
OncoRay – Nationales Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie
Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus der Technischen Universität Dresden
+49 (0) 351 458 7401

Kontakt für Medienschaffende
Anne-Stephanie Vetter
Stabsstelle Öffentlichkeitsarbeit
Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus
der Technischen Universität Dresden
+49 (0) 351 458 17903