Das Senden einer bemannten Mission zum Mars erfordert nicht nur eine leistungsstarke Trägerrakete, sondern auch ein Verständnis dafür, wie sich ein dreijähriger Raumflug auf den menschlichen Körper auswirken kann.
Mit Mitteln der National Aeronautics and Space Administration (NASA) verwendeten Wissenschaftler des Wake Forest Institute für Regenerative Medizin und ihre Kollegen menschliche Stammzellen, um die Auswirkungen der Strahlenexposition im Weltraum zu bestimmen.
Das Forscherteam hat erstmals gezeigt, dass Strahlung von Langstrecken-Raumflügen das Risiko einer Leukämie beim Menschen erhöhen kann.
"Ich hoffe, unsere Erfahrung wird der NASA helfen, potenzielle Risiken zu bewerten und Strategien zu entwickeln, um sie anzugehen", sagte Christopher Porada, leitender Wissenschaftler des Projekts. Die Gruppe testet derzeit ein Nahrungsergänzungsmittel, das Astronauten vor diesen verheerenden Auswirkungen schützen könnte.
Laut NASA ist die Strahlenexposition einer der gefährlichsten Aspekte beim Reisen zum Mars. Die durchschnittliche Entfernung zum Roten Planeten beträgt etwa 200 Millionen Kilometer, und die gesamte Reise kann drei Jahre dauern.
Das Ziel der in der Zeitschrift Leukemia veröffentlichten Studie war es, die direkten Auswirkungen von Sonnenenergieteilchen (SEP) und galaktischer kosmischer Strahlung (GCR) auf menschliche hämatopoetische Stammzellen (HSC) zu bewerten. Diese Stammzellen enthalten weniger als 0,1% Knochenmark, produzieren jedoch viele Arten von Blutzellen, die im gesamten Körper zirkulieren und für den Sauerstofftransport, die Bekämpfung von Infektionen und die Beseitigung von Krebszellen verantwortlich sind.
Für die Studie wurden Stammzellen von gesunden Spendern im Alter von Astronauten (30–55 Jahre) entnommen. Während des Experiments wurden sie Protonen und Eisenionen in für den Weltraum charakteristischen Dosen ausgesetzt. Anschließend wurden Labor- und Versuchsstudien durchgeführt, um die Auswirkungen der Strahlung zu bestimmen.
"Wir fanden heraus, dass Strahlung die Fähigkeit von HSC, fast alle Arten von Blutzellen zu produzieren, um 60–80% reduzierte", sagte Porada. "Dies kann bei längeren Einsätzen im Weltraum zu einer starken Schwächung des Immunsystems und zu Anämie führen."
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Im nächsten Schritt bewerteten die Wissenschaftler, wie die Zellen im Körper funktionieren würden. Bestrahlte humane HSC-Zellen wurden in Mäuse transplantiert, wodurch die Tiere effektiv "humanisiert" wurden. Infolgedessen entwickelten sie eine akute lymphoblastische Leukämie.
"Durch Bestrahlung kann das Risiko einer Leukämie erhöht werden", schloss Porada. "Darüber hinaus beeinträchtigte die Bestrahlung die Fähigkeit von HSC, Arten weißer Blutkörperchen zu erzeugen, die an der Bekämpfung fremder Eindringlinge wie Infektionen oder Tumorzellen beteiligt sind. Dies könnte die Fähigkeit des Immunsystems verringern, bösartige Zellen aufgrund strahleninduzierter Mutationen zu eliminieren."
Die Ergebnisse sind besonders besorgniserregend angesichts früherer Arbeiten, die zeigen, dass Mikrogravitationsbedingungen auch nach kurzen Einsätzen in der erdnahen Umlaufbahn, in der Astronauten weitgehend vor Strahlung geschützt sind, spürbare Veränderungen im Immunsystem hervorrufen können, sagte Porada. Die kombinierten Wirkungen von Schwerelosigkeit und Strahlung können das Risiko von Immunschwäche und Krebs erhöhen.
Das Human Research Program der NASA soll Weltraummissionen so sicher wie möglich machen. Es untersucht nicht nur die Auswirkungen von Strahlung, sondern auch die Schwerelosigkeitsbedingungen, die Isolierung und den Einschluss in engen Umgebungen weit weg von der Erde.
