Space2Health: Wie Raumfahrt und Medizin voneinander profitieren können

Space2Health - ein breites Netzwerk mit Potenzial

Wie Vanja Sebastian Zander, Referent im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), berichtete, gehören zu den mehr als 120 Mitgliedern des Netzwerks Startups, Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Verbände. Schon dabei sind beispielsweise BARMER, die Charité, das Fraunhofer Institut oder die Pharmaunternehmen Merck und Roche. Sie nutzen die Möglichkeit, Know-how zu bündeln, Kooperationen zu bilden und Technologien und Dienstleistungen aus dem einen Bereich in den anderen zu transferieren. Wie dies konkret in der Praxis aussieht, erläuterte Dr. Franziska Zeitler, Abteilungsleiterin Innovation & Neue Märkte, Deutsche Raumfahrtagentur im DLR, anhand von 3 Beispielen.

Das Exoskelett: von der Rehabilitation in die Schwerelosigkeit

Exoskelette sind mobile robotergestützte Ganzkörper-Stützapparate, die zur Rehabilitation von Patient:innen mit neurologischen Erkrankungen eingesetzt werden. Ein vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz zusammen mit der Universität Duisburg-Essen entwickeltes Oberkörper-Exoskelett unterstützt Astronauten beim Training für den Aufenthalt im Weltraum. Das Gewicht der Arme kann damit so kompensiert werden, dass es sich wie in der Schwerelosigkeit anfühlt. Insbesondere die Feinmotorik und präzise Bewegungen können damit geübt werden – wichtige Fähigkeiten, wenn es darum geht, außerhalb der Raumstation Reparaturen auszuführen. Normalerweise findet das Training in speziellen Tauchbecken statt, allerdings werden Größe und Entfernung von Gegenständen verzerrt wahrgenommen.

E-Nose detektiert Mikroorganismen im All

Auf der Internationalen Raumstation ISS leben die Astronaut:innen in einer hermetisch geschlossenen Umgebung, die auch mit Mikroorganismen kontaminiert ist. Diese können für die Besatzung insbesondere bei langen Aufenthalten gefährlich werden. Bedingt durch die Schwerelosigkeit nimmt die Lymphozytenproliferation im Organismus ab. Dies führt dazu, dass das Immunsystem der Austronaut:innen mit der Zeit deutlich supprimiert wird. Das Wachstum von Bakterien und Pilzen in Raumschiffen muss daher überwacht werden, um schnell intervenieren zu können. Insbesondere für bemannte Weltraummissionen zum Mond oder zum Mars, bei denen eine kurzfristige Rückkehr zur Erde unmöglich ist, werden solche Diagnosewerkzeuge benötigt.

Elektronische Nasen („E-Nose“) erkennen mithilfe spezieller Sensoren Mikroorganismen über die von ihnen ausgeschiedenen Geruchsstoffe. In einem Kooperationsprojekt des Klinikums der Universität München mit Airbus Defence & Space wurde die E-Nose mittels KI darauf trainiert, bestimmte Bakterien und Pilze zu detektieren und zu identifizieren, die an Bord der ISS vorkommen. Dabei handelt es sich um die Gram-positiven Bakterienstämme Bacillus subtilis und Staphylococcus warneri sowie die Pilzstämme Aspergillus versicolor und Penicillium expansum. Der Vorteil: Daten über die mikrobielle Kontamination können direkt innerhalb der ISS gewonnen werden, ohne dass Abstriche zur Erde transportiert und dort analysiert werden müssen. Damit solche Nachweissysteme im Weltraum funktionieren, müssen sie einfach handhabbar sein, ohne Flüssigkeiten auskommen und Messergebnisse in Echtzeit liefern können. (1)

„Astropharmazie“: Medikamente aus dem Weltraum

Wie die Raumfahrt die Herstellung von Medikamenten unterstützen kann, zeigt die „Factory in Space“. Ein wichtiger Prozess in der Entwicklung pharmazeutischer Wirkstoffe ist die Kristallisation. Er beeinflusst die Partikelgrösse, Reinheit und Ausbeute und somit die Qualität. In der Schwerelosigkeit verändert sich die Art und Weise, wie Kristallstrukturen entstehen: Ohne Gravitation wachsen die Kristalle stärker, vermischen sich gleichmäßiger und halten besser zusammen. Dadurch lassen sich die Medikamente besser herstellen, lagern und verabreichen. Ein langfristiges Ziel ist die Herstellung von Arzneimitteln in einer niedrigen Umlaufbahn. Insbesondere komplexe Moleküle wie Biologika sind für die Herstellung im Weltraum geeignet. Ein solches Projekt wird von Merck & SpacePharma verfolgt. Auf der ISS wurden bereits Experimente mit dem Krebsmedikament Pembrolizumab durchgeführt. Dabei konnte eine kristalline Suspension gewonnen werden, die als hochkonzentrierte subkutane Injektion verabreicht werden könnte. Damit würde zugleich die aufwendige Kühlung entfallen. (2) Das Konzept einer „Astropharmazie“ soll auch mit G-CSF und Teriparatid vorangebracht werden. (3)