Labor im Weltall: Dem Knorpelabbau auf der Spur

Am 10. November 2014 wird der Raumfahrer Alexander Gerst von der ISS auf die Erde zurückkehren. Dann wird er nicht nur sehnsüchtig von seiner Familie empfangen werden, sondern auch von Dr. Anna-Maria Liphardt vom Institut für Biomechanik und Orthopädie der Deutschen Sporthochschule Köln.

01.10.2014

 
Foto: Dr. Anna-Maria Liphardt

Dr. Anna-Maria Liphardt ist dem Knorpelabbau auf der Spur und untersucht hierfür Astronauten; ©privat

Denn Gerst ist einer von mehreren Astronauten, die als Probanden an einer Studie der DSHS zum Knorpelabbau im Weltraum teilnehmen. Die Studie, die Dr. Liphardt im Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Gert-Peter Brüggemann (Institutsleiter) und PD Dr. Anja Niehoff durchführt, soll unter anderem Erkenntnisse dazu liefern, wie schnell Knorpel bei Immobilisation abgebaut wird. Arthrose- und Osteoporosepatienten sollen später von diesen Experimenten profitieren.

Wie ist das Projekt aufgebaut, welche Schritte sollen zum Ziel führen und wo stehen Sie derzeit?

Anna-Maria Liphardt
: Weltraumprojekte sind auf einen langen Zeitraum ausgelegt. Zum einen finden die internationalen Ausschreibungen (International Research Announcement for Research in Space Life Sciences at the International Space Station - ILSRA) der International Space Life Sciences Working Group (ISLSWG), bei denen sich Wissenschaftler für lebenswissenschaftlichen Experimente mit aktiven Astronauten bewerben können, nur circa alle vier bis fünf Jahre statt. Wenn man eine Zusage erhält, stellt man in Deutschland einen Förderantrag an die Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR e.V.). Üblicherweise werden einem dann Mittel zur Durchführung des Experiments mit etwa fünf bis zehn Astronauten zur Verfügung gestellt. Die genaue Anzahl hängt natürlich auch von der Art des Experimentes ab. Dieser Prozess der Antragstellung dauert schon einige Jahre. Hinzu kommt, dass nur eine begrenzte Anzahl an Astronauten pro Jahr überhaupt zur Raumstation fliegt. Derzeit starten alle sechs Monate sechs Astronauten ins All. Pro halbes Jahr wird unser Experiment drei Astronauten vorgestellt, aber es ist nie der Fall das alle mitmachen. Für unsere Forschung zum Thema Gelenkknorpel würden wir gerne acht bis zehn Astronauten untersuchen, vier Astronauten konnten wir bereits untersuchen.

Foto: Astronaut Alexander Gerst nimmt sich im Weltall Blut ab

Während anderer Missionen musste sich der Astronaut Alexander Gerst bis zu 23 Blutproben entnehmen. Bei seinem jetzigen Aufenthalt, bleibt ihm das erspart; ©ESA/NASA

Was untersuchen Sie bei den Probanden, die dem Experiment zustimmen?

Liphardt
: Wir nehmen vor und nach einem Aufenthalt von ca. 6 Monaten auf der Internationalen Raumstation ISS Blut- und Urinproben. In diesen sind Biomarker enthalten, welche die Knorpelsynthese und den Knorpelabbau spiegeln. Das ist zwar immer ein Bild des ganzen Körpers, man kann also nicht sagen, ob der Knorpel im Knie oder Knöchel betroffen ist, aber man erhält die Information, in welchem Stadium sich der Knorpel befindet: Ist alles im Gleichgewicht oder findet eher ein Auf- als ein Abbau des Knorpels statt? Diese Art der Biomarker kommen aus dem klinischen Bereich und werden z.B. bei Patienten mit Rheumatoider Arthritis oder Osteoporose verwendet. Wir benutzen sie, um zu schauen, was Immobilität an der Konzentration dieser Marker verändert. Darüber hinaus nutzen wir die Magnetresonanztomografie, um die Knorpeldicke und das -volumen im Kniegelenk zu messen. Das Knie ist das Gelenk, das neben der Hüfte am anfälligsten für Arthrose ist. Das Modell Weltraum ist für uns ideal, weil es am besten die Nichtbelastung der unteren Extremität widerspiegelt.

Finden Untersuchungen während des Fluges statt?

Liphardt
: Das ist für Blut- und Urinproben möglich, findet bei uns zur Zeit jedoch nicht statt, da es zu dem Zeitpunkt, als wir gestartet sind, keinen gekühlten Rücktransport der Proben gab. Dieser ist zwar nun wieder möglich, aber uns war ein zeitiger Beginn der Experimente wichtiger.

Lässt sich ein gesundes Gelenk trotz Immobilisation mit einem kranken Gelenk vergleichen?

Liphardt
: Es gibt natürlich Unterschiede, denn ein krankes Gelenk schmerzt und sorgt so bei Patienten für eine Schonhaltung, die zum Beispiel den Muskelabbau fördert. Bei einem kranken Gelenk gibt es sozusagen immer eine Kombination möglicher Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Schmerzen, eine Verletzung, die Entlastung des Gelenks durch die Verwendung von Krücken oder einen Infekt. Um zu verstehen, was mit dem Knorpel passiert, müsste man eigentlich zwischen den Effekten der Immobilisation und der Erkrankung trennen. Das geht aber kaum, denn dafür müsste man eine gesunde Person auf der Erde für sehr lange Zeit immobilisieren. Der Weltraum bietet uns daher das beste Model für unsere Untersuchung: Entlastung des Kniegelenks bei physisch ausgesprochen fitten und gesunden Probanden.
Foto: Alexander Gerst schaut durch eine Kuppel auf die Erde

Alexander Gerst schaut durch eine Kuppel der ISS auf die Erde; ©ESA

Leiden Astronauten nach dem Ausflug in den Weltraum alle unter Knorpelabbau?

Liphardt
: Bei Astronauten wissen wir derzeit gar nichts darüber, was der Gelenkknorpel in Mikrogravitation macht. Es ist nicht bekannt, ob Astronauten später eher Probleme mit Arthrose bekommen oder nicht. Wir haben dazu noch nicht genügend Daten. Gründe hierfür sind zum einen, dass die MRT-Geräte noch nicht lange die nötigen technischen Eigenschaften haben, um solch hohe Auflösungen des Knorpels im Gelenk zu bieten. Zum anderen waren die Astronauten früher nicht in so einer Regelmäßigkeit so lange im All wie heute. Waren sie früher nur für Tage oder Wochen oben, sind es heute Monate. Mit der Länge der Flüge ändern sich auch die Anpassungen des Körpers an die Umgebung. Man kann sich deshalb auch nur bedingt die alten Astronauten anschauen und sagen: Die Arthrose kam durch den früheren Aufenthalt im All.

Wenn Sie alle Ergebnisse zusammengetragen haben, was wird der nächste Schritt sein?

Liphardt
: Wir werden die Daten analysieren, um sie auf Patienten hier auf der Erde übertragen zu können. Bis unsere Daten allerdings in eine anwendbare Therapie einfließen, die zum Beispiel Patienten bei einer Physiotherapie unterstützt, wird es leider noch einige Zeit dauern.
Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

©B. Frommann

Das Interview führte Simone Ernst
MEDICA.de