Die Internationale Raumstation (ISS) ist weiterhin eine entscheidende Plattform für revolutionäre wissenschaftliche Forschung, und die neueste Versorgungsmission, die SpaceX-33 der NASA, bringt eine Reihe innovativer Experimente mit sich, die bedeutende Fortschritte sowohl für zukünftige Raumreisen als auch für das Leben auf der Erde versprechen. Diese Mission, deren Start für Ende August 2025 geplant ist, transportiert eine wertvolle Fracht, die das Testen des 3D-Bioprintings von medizinischen Implantaten, die Beobachtung der Entwicklung von ingenieurtechnisch hergestelltem Lebergewebe in der Schwerelosigkeit, die Untersuchung der Auswirkungen des gewichtslosen Zustands auf knochenbildende Zellen sowie weitere Experimente mit dem 3D-Druck von Metall im Weltraum umfasst. Jedes dieser Projekte stellt einen Schritt nach vorn im Verständnis komplexer biologischer Prozesse und der Entwicklung neuer Technologien dar. Die ISS, die seit fast einem Vierteljahrhundert als globales Labor dient, hat Wissenschaftlern aus mehr als 110 Ländern ermöglicht, über 4000 bahnbrechende Experimente durchzuführen, wodurch nicht nur die Weltraumforschung, einschließlich Missionen zum Mond und Mars, vorangetrieben wird, sondern auch der Menschheit ein unschätzbarer Nutzen entsteht.

Revolutionäres Bioprinting zur Nervenregeneration

Eines der aufregendsten Experimente auf dem Weg zur ISS beinhaltet die Herstellung eines implantierbaren medizinischen Geräts in der Schwerelosigkeit, das die Nervenregeneration nach Verletzungen unterstützen soll. Dieses Gerät entsteht durch den Prozess des Bioprintings, einer fortschrittlichen 3D-Drucktechnik, die lebende Zellen oder Proteine als Grundmaterialien verwendet. Traumata und Verletzungen hinterlassen oft Lücken zwischen den Nerven, und bestehende Behandlungen haben nur eine begrenzte Fähigkeit, die Nervenfunktion wiederherzustellen, was oft zu dauerhaften körperlichen Schäden führt. Ein biogedrucktes Gerät, das solche Nervenlücken überbrücken könnte, könnte die Genesung erheblich beschleunigen und die Funktion erhalten.

Forscher des Unternehmens Auxilium Biotechnologies Inc. aus San Diego, unter der Leitung des leitenden Forschers Jacob Koffler, planen, während dieser Mission bis zu 18 solcher Implantate zu drucken. Es wird erwartet, dass diese Implantate in den Jahren 2026 und 2027 in präklinischen Studien auf der Erde verwendet werden. Der entscheidende Vorteil des Bioprintings in der Schwerelosigkeit liegt im Potenzial, Gewebe von höherer Qualität im Vergleich zu auf der Erde hergestelltem Gewebe zu erzeugen. In einem gewichtslosen Zustand können sich Zellen auf eine Weise gruppieren und organisieren, die unter dem Einfluss der Schwerkraft schwer zu erreichen ist, was zu homogeneren und funktionelleren Strukturen führen kann. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten die zukünftige Herstellung von medizinischen Geräten im Weltraum unterstützen, nicht nur für Besatzungsmitglieder auf Langzeit-Raummissionen, sondern auch für Patienten auf der Erde, die an schweren neurologischen Verletzungen leiden. Die Entwicklung solcher Technologien öffnet die Tür zu völlig neuen Ansätzen in der regenerativen Medizin und bietet Hoffnung auf eine Verbesserung der Lebensqualität für Millionen von Menschen.

Biogedrucktes Gewebe mit Blutgefäßen: Ein Schritt zu funktionellen Organen

In einem weiteren bedeutenden Experiment planen Forscher des Wake Forest Institute for Regenerative Medicine in Winston-Salem, unter der Leitung des leitenden Forschers James Yoo, Lebergewebe mit Blutgefäßen auf der Erde zu bioprinten und dann zu beobachten, wie sich dieses Gewebe in der Schwerelosigkeit entwickelt. Das Ziel dieser Forschung ist es zu verstehen, wie der gewichtslose Zustand die Bildung und Funktion von vaskulären Netzwerken innerhalb von biogedrucktem Gewebe beeinflusst. Das Endziel ist es, die eventuelle Herstellung ganzer, funktioneller Organe für die Transplantation auf der Erde zu unterstützen, was eine revolutionäre Lösung für den chronischen Mangel an Spenderorganen darstellen würde.

Eine frühere Mission hat bereits das Überleben und die Funktion dieser Art von biogedrucktem Lebergewebe im Weltraum getestet. Die aktuelle Forschungsrunde zielt darauf ab, festzustellen, ob die Schwerelosigkeit die Entwicklung von biogedrucktem Gewebe verbessern kann, insbesondere im Hinblick auf die Vaskularisierung. „Wir sind besonders daran interessiert, die Entwicklung vaskulärer Netzwerke im Gewebe zu beschleunigen“, betont Yoo. Vaskuläre Netzwerke sind entscheidend, da sie die Blutgefäße produzieren, die zur Aufrechterhaltung der Funktionalität und Gesundheit dieser Gewebe erforderlich sind. Ohne eine angemessene Blutversorgung können biogedruckte Gewebe nicht überleben oder ihre Funktionen erfüllen. Die Schwerelosigkeit könnte eine einzigartige Umgebung bieten, die eine schnellere und effizientere Bildung dieser komplexen Netzwerke fördert, was entscheidend für die Schaffung von Organen sein könnte, die robust und funktionell genug für die klinische Anwendung sind. Der Erfolg dieser Forschung könnte den Bereich der Transplantationsmedizin transformieren und die Möglichkeit bieten, personalisierte Organe ohne das Risiko einer Abstoßung zu schaffen.

Kampf gegen den Knochenschwund im Weltraum und auf der Erde

Der Knochenschwund stellt eine ernsthafte Herausforderung für Astronauten bei Langzeit-Raumflügen dar, und eine Studie über knochenbildende Stammzellen in der Schwerelosigkeit könnte entscheidende Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen dieses Phänomens liefern. Forscher haben ein Protein im Körper namens IL-6 (Interleukin-6) identifiziert, das Signale an Stammzellen senden kann, um entweder die Knochenbildung oder den Knochenabbau zu fördern. Diese Arbeit, die von der Mayo Clinic in Florida unter der Leitung des leitenden Forschers Abbe Zubair durchgeführt wird, untersucht, ob die Blockierung des IL-6-Signals den Knochenschwund während eines Raumfluges reduzieren kann.

Astronauten in der Schwerelosigkeit erleben einen beschleunigten Verlust der Knochendichte, ähnlich wie bei Osteoporose, aber viel schneller. Das Verständnis der molekularen Mechanismen hinter diesem Prozess ist entscheidend für die Entwicklung von Gegenmaßnahmen, um die Gesundheit der Besatzung bei zukünftigen Missionen zum Mars und darüber hinaus zu gewährleisten. Wenn es sich als erfolgreich erweist, könnte die Verbindung, die IL-6 blockiert, auch zur Behandlung von mit Knochenschwund verbundenen Erkrankungen auf der Erde bewertet werden, wie Osteoporose und bestimmte Krebsarten, die den Knochenabbau verursachen. Osteoporose betrifft Millionen von Menschen weltweit und macht die Knochen brüchig und anfällig für Brüche. Die Entdeckung einer wirksamen Behandlung, die auf IL-6 abzielt, könnte einen enormen Einfluss auf die öffentliche Gesundheit haben und neue Hoffnung für die Prävention und Behandlung dieser schwächenden Krankheit bieten. Die Forschung im Weltraum trägt somit direkt zur Lösung irdischer medizinischer Probleme bei und demonstriert den doppelten Nutzen der Weltraumforschung.

3D-Metalldruck im Weltraum: Missionsautonomie in greifbarer Nähe

Mit zunehmender Missionsdauer und Entfernung von der Erde wird die Versorgung immer schwieriger und teurer. Die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, bietet eine Lösung für diese Herausforderung, indem sie die Herstellung von Teilen und spezialisierten Werkzeugen bei Bedarf ermöglicht, was die Missionsautonomie erheblich erhöht. Die Forschung auf der Raumstation hat bereits große Fortschritte beim 3D-Druck mit Kunststoffen erzielt, aber Kunststoff ist nicht für alle Anwendungen geeignet, insbesondere nicht für kritische strukturelle Komponenten oder Teile, die eine hohe Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Bedingungen erfordern.

Eine Untersuchung der ESA (Europäische Weltraumorganisation) mit dem Namen „Metal 3D Printer“ baut auf dem kürzlich erfolgreichen Druck der ersten Metallteile im Weltraum auf. Dieses Projekt, an dem Airbus Defence and Space SAS und das CADMOS User Support and Operations Centre in Frankreich beteiligt sind, zielt darauf ab, die Technologie weiter zu verfeinern. „Wir werden mehrere kleine Würfel mit unterschiedlichen Strategien drucken, um den optimalen Ansatz für Metalldrucker im Weltraum zu bestimmen, sowie zwei kleine Düsen, um die Qualität von in der Schwerelosigkeit gedruckten Raumfahrzeugteilen zu testen“, erklärt Rob Postema, technischer Beauftragter der ESA. Die Qualität der im Weltraum gedruckten Objekte wird mit auf der Erde hergestellten Referenzdrucken verglichen, um die durch die Schwerelosigkeit und andere Weltraumbedingungen verursachten Unterschiede zu bewerten. Zu den Herausforderungen des 3D-Metalldrucks im Weltraum gehören die Handhabung von Metallpulver in der Schwerelosigkeit, die Wärmeableitung und die Gewährleistung der Präzision. Die potenziellen Vorteile sind jedoch enorm: Die Möglichkeit, Ersatzteile, Werkzeuge und sogar Komponenten für zukünftige Basen auf dem Mond oder Mars herzustellen, würde die Abhängigkeit von der Erde verringern und längere und komplexere Missionen ermöglichen. Diese Untersuchung stellt eine Fortsetzung der Bemühungen der ESA dar, Fähigkeiten zur Herstellung und zum Recycling von Materialien im Weltraum zu entwickeln, die für eine nachhaltige menschliche Präsenz außerhalb der Erde von entscheidender Bedeutung sind.

All diese Untersuchungen, die mit der SpaceX-33-Mission zur ISS reisen, unterstreichen die unschätzbare Rolle der Internationalen Raumstation als einzigartiges Labor. In fast 25 Jahren ununterbrochenen Betriebs hat die ISS Tausende von Experimenten ermöglicht, die unser Verständnis von Physik, Biologie, Medizin und Materialien in der einzigartigen Umgebung der Schwerelosigkeit erweitert haben. Die Ergebnisse dieser Forschungen ebnen nicht nur den Weg für zukünftige menschliche Missionen tiefer in den Weltraum, sondern bringen auch konkrete, greifbare Vorteile für das Leben auf der Erde, von Fortschritten in der Medizin bis zur Entwicklung neuer Materialien und Fertigungstechniken. Jede neue Versorgungsmission, wie diese SpaceX-33, stellt eine neue Welle von Innovationen und Entdeckungen dar und bestätigt, dass Investitionen in die Weltraumforschung eine Investition in die Zukunft der Menschheit sind.