28. August 2014

Knorpel im Weltall - Experiment bei der aktuellen ISS-Expedition Blue Dot

Quelle: NASA: 2Explore
Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst in der Luke zum russischen Forschungsmodul MRM-1. (Quelle: NASA: 2Explore)

Prof. Dr. Gert-Peter Brüggemann, Dr. Anna-Maria Liphardt und PD Dr. Anja Niehoff vom Institut für Biomechanik und Orthopädie an der Deutschen Sporthochschule Köln untersuchen in ihrem Experiment „Cartilage“ den Einfluss der Schwerelosigkeit auf die Morphologie und Biologie des Knorpels im Kniegelenk der Besatzungsmitglieder der ISS. Mittels Kernspintomographie und Biomarkern aus Blut und Urin erforschen die Wissenschaftler, ob die reduzierte mechanische Belastung in Schwerelosigkeit zu einer Degeneration des Gelenkknorpels führen kann.

Ausgangspunkt für diese Annahme ist die Tatsache, dass eine moderate Gelenkbelastung zur Nährstoffversorgung und für die Funktion des Gelenkknorpels unverzichtbar ist, da in diesem Gewebe keine Blutgefäße vorhanden sind.

Vorangegangene Bettruhe-Studien – ein in der Forschung anerkanntes Modell, um einige physiologische Effekte von Schwerelosigkeit zu simulieren – haben gezeigt, dass die Dicke des Kniegelenkknorpels am Schienbein, aber nicht am Oberschenkelknochen, deutlich abnahm. Um den Einfluss der Schwerelosigkeit auf den Kniegelenkknorpel zu untersuchen, werden unmittelbar vor dem Flug zur ISS die Morphologie und Zusammensetzung des Gelenkknorpels der Astronauten mittels Kernspintomographie gemessen und Parameter des Knorpelstoffwechsels im Blut und Urin untersucht. Die gleichen Untersuchungen finden noch einmal direkt und vier bis sechs Wochen nach dem Flug statt. Das Projekt ist auf ca. fünf Jahre angelegt und hat im Frühjahr 2013 begonnen.

Relevenz für Arthrose-Erkrankungen
Wissen über den Effekt der Schwerelosigkeit auf den Gelenkknorpel der Astronauten und die Erarbeitung entsprechender Gegenmaßnahmen ist von großer Bedeutung im Hinblick auf längerfristige Aufenthalte auf der ISS oder auf exploratorische Missionen zu Mond, Mars und anderen Zielen. Die Ergebnisse sind jedoch auch von besonderem Interesse für den Menschen auf der Erde, sei es für Patienten mit eingeschränkter Bewegungsfähigkeit oder ganz generell für die Behandlung der Volkskrankheit ´Arthrose` in einer immer älter werdenden Gesellschaft. Immobilisation durch Schwerelosigkeit bietet uns das einzige Modell, mit dem man das Kniegelenk gesunder Probanden für einen so langen Zeitraum entlasten kann, um dadurch den Effekt von Inaktivität ohne Krankheitsaktivität zu untersuchen und besser zu verstehen. Erfolgreiche Maßnahmen zum Knorpelerhalt würden auch hier das Leben im Alter weiter verbessern, so die Ansicht der Forscher.

Das Forschungsprojekt wird vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (Projekt: 50WB1217) und der Europäischen Raumfahrtagentur gefördert.