Schleim hat es nicht leicht. Er ist vielleicht das einzige Biomaterial mit gleich zwei Imageproblemen. Er macht äußerlich nicht viel her, gilt also als banal oder Abfall. Und er ist ein außerordentlich potenter Ekel-Auslöser. Das hat seine Berechtigung, denn diese Emotion soll uns mit starken Abwehrreaktionen von Pathogenen und Parasiten fernhalten. Und Schleim ist tatsächlich oft kontaminiert. Er fängt Erreger ein und Mikroben produzieren selbst eigene Schleime. Das sind gute Gründe, um einen großen Bogen um Schleim zu machen. Aus der Distanz wird aber leicht übersehen, wie wichtig, komplex und unverzichtbar dieses Biomaterial ist.

Schleim hat das Leben auf der Erde wohl von Beginn an begleitet und liefert mehrere essenzielle Funktionen, etwa als Gleitmittel, als Klebstoff und als selektive Barriere, die etwa im Darm Nährstoffe passieren lässt und gleichzeitig Erreger abfängt. Dabei ähneln sich biologische Schleime und gehören zur großen Gruppe der Hydrogele. Sie bestehen fast nur aus Wasser, das aber so gebunden ist, dass es nur langsam fließen kann, Das ergibt die charakteristische Schleimigkeit, wobei der Organismus die Konsistenz und Eigenschaften von Schleimen verändern und so an den jeweiligen Bedarf anpassen kann.

In dieser Folge des AstroGeo Podcast erzählt Susanne Wedlich, wie sie ihren Ekel überwand und den Schleim lieben lernte. Vor allem aber geht es um die Rolle des Schleims auf der Erde und wie das Leben sie dank des besonderen Materials gestaltete. Susanne Wedlich ist Autorin des Riffreporter-Magazins Schleimwelten und hat ein Buch über das Thema geschrieben.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• AstroGeo Podcast

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Quelle: TUHH.

10. November 2021 – Der deutsche Astronaut Matthias Maurer ist nach langem Warten mit der Weltraummission Cosmic Kiss zur ISS aufgebrochen. An einem der Experimente vor Ort ist auch Junior Professor Ulf Kulau der Technischen Universität Hamburg beteiligt. Er hat Sensoren für ein smartes Shirt des Astronauten entwickelt, das minimale, durch den Herzschlag bedingte, Brustkorbbewegungen misst. Matthias Maurer wird das Shirt während seines Aufenthalts im All tragen und die daraus gewonnenen Daten anschließend zur Erde schicken. An der TU Hamburg werden diese dann von Kulau und dem gesamten Team (DSI Aerospace Technologie GmbH, DLR Bremen, Uni Bielefeld) ausgewertet und analysiert. Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist es herauszufinden, ob die Methode geeignet ist, Maurers Herz während dessen sechsmonatigen Aufenthalts auf der ISS zu beobachten und wie die Signalverarbeitung auch unter Raumfahrtbedingungen noch weiter in den Sensor integriert werden kann.

Die Bewegung des Herzens messen
Das Smart Shirt ist mit zwei daumengroßen Sensoren ausgestattet, die am Herzen und an der Halsschlagader von Astronautinnen und Astronauten kleinste Bewegungen wahrnehmen können. Aus diesen sollen wichtige Herzparameter wie der relative Blutdruck, ebenso wie die Öffnungs- und Schließzeiten der Herzklappen berechnet werden können. „Mit dieser Methode könnten wir zukünftig mit kleinster Technologie tiefere Einblicke in die Physiologie eines Astronauten bekommen, und so zum Beispiel die Folgen des Muskelabbaus in der Schwerelosigkeit beobachten“, erklärt Kulau. Um Erfahrungen mit der Methode auch am Körper einer Frau zu erlangen, findet das Experiment anschließend mit der italienischen Astronautin Samantha Cristoforetti statt, die im Frühjahr 2022 die nächste Mission auf der ISS leitet.

Frühwarnsystem für Astronauten
Die Ergebnisse des Experiments sind vor allem mit Blick auf zukünftige Gesundheitsüberwachungssysteme im Weltraum interessant. Kulaus Vision geht aber darüber hinaus. Künftig könne er sich vorstellen, dass alle Astronautinnen und Astronauten mit Sensoren ausgestattet würden, um eine Art Frühwarnsystem zu entwickeln. „Vor allem bei Außeneinsätzen stehen Astronauten unter enormen Stress und erkennen im Notfall ihre eigenen körperlichen Grenzen nicht. Die Sensoren könnten Veränderungen im Herzschlag frühzeitig feststellen und dem Astronauten signalisieren ‚Mach mal eine Pause’.“

Smarte Shirts auf dem Mars?
Neben dem Einsatz seiner Technologie auf der ISS hat Kulau auch schon Expeditionen in Richtung Mond und Mars im Kopf. Insbesondere bei Langzeitmissionen zu weiter entfernten Zielen ergebe sich die Herausforderung eine umfangreiche Gesundheitsüberwachung der Astronautinnen und Astronauten zu ermöglichen. Neben der langen Zeit in der Schwerelosigkeit wird eine Betreuung durch die Bodencrew auch aufgrund einer zeitlich verzögerten Kommunikation erschwert. Die Lösung könnten auch hier smarte Sensoren sein. Doch auch auf der Erde finden sich zahlreiche Einsatzmöglichkeiten der Technologie. Zum Beispiel um das Herz kranker Patientinnen und Patienten dauerhaft zu beobachten.

Innovation im All
Die internationale Raumstation ISS ist bereits seit 2001 im All und gilt als größtes Labor in der Schwerelosigkeit, in dem Forschung zu Astrophysik, Psychologie und Medizin stattfindet. Gleichzeitig ist die Raumstation ein Innovationsmotor für neue Technologien wie Laserkommunikation, Robotik oder Sensorik – wie das Smart Shirt. Matthias Maurer ist der vierte deutsche Astronaut, der zur ISS fliegt. Die Crew der Mission „Cosmic Kiss“ soll etwa sechs Monate lang auf der Raumstation bleiben, um dort Experimente durchzuführen und Außeneinsätze zu absolvieren.

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• SpaceX Crew-3 / USCV-3 (C210.1/Endurance) auf Falcon 9 (B1067.2)

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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München.

11. Oktober 2021 – Längere Aufenthalte im Weltraum lassen bei Raumfahrern nicht nur die Muskeln und Knochen schwinden, sondern wirken sich auch auf das Gehirn aus. Das hatten bildgebende Studie der vergangenen drei Jahre angedeutet. Unklar war aber bis jetzt, ob diese beobachteten Vorgänge plastisch oder schädlich sind. Die LMU-Mediziner Professor Peter zu Eulenburg und Professor Alexander Choukér haben nun in Kooperation mit Wissenschaftlern der Universität Göteborg (Schweden) und russischen Kollegen erstmals bei Astronauten anhand von hochmodernen Bluttests die strukturelle Integrität des Gehirns nach ihrer Rückkehr untersucht. In ihrer Pilotstudie konnten die Forscher nachweisen, dass mehrere Kennproteine für Alterungsprozesse und Verletzungen des Gehirns direkt nach Rückkehr aus dem All deutlich ansteigen.

Die Forscher untersuchten Blutproben von fünf Kosmonauten, die im Mittel 169 Tage an Bord der internationalen Raumstation ISS verbracht hatten. Bei allen Raumfahrern entnahmen sie vor dem Start der Mission als auch am Tag nach der Rückkehr Blut, zusätzlich auch noch eine und drei Wochen nach Landung auf der Erde. „Damit sind wir die ersten, die engmaschig über drei Wochen unmittelbar nach einem Langzeitaufenthalt im Blut sehr detailliert den Zustand des Gehirns beurteilen können“, betont zu Eulenburg.

Blutproben zeigen Anstieg hirneigener Proteine
Die Blutproben zeigen im Vergleich zur Untersuchung vor dem Start einen erheblichen Anstieg mehrerer hirneigener Proteine vor allem in der ersten Woche nach der Rückkehr. Die beobachteten Proteine sprechen hier für eine Verletzung der langen Nervenfasern in der weißen Substanz und dem Stützgewebe des Gehirns, der Glia. Der Anstieg der Blutwerte ist für zwei Varianten des Amyloid-Proteins, einem Alterungsmarker, sogar noch nach drei Wochen substantiell nachweisbar und korreliert in seiner Höhe mit der Dauer seit dem Start ins All. Für das Tau-Protein als Repräsentant der grauen Substanz fand sich erst drei Wochen nach Rückkehr zur Erde ein deutlicher Abfall der Werte im Vergleich zur Ausgangsuntersuchung. Da das Verhalten sehr verschiedener Proteine sehr ähnlich war, gehen die Forscher von einer umfassenden Gesamtreaktion des gesamten Gehirns nach Langzeitaufenthalt in der Schwerelosigkeit aus und nicht nur von der Veränderung einer Gewebsart alleine.

„Insgesamt deuten unsere Ergebnisse auf eine leichtgradige, aber anhaltende Hirnverletzung und einen beschleunigten Alterungsprozess des Gehirns bei Rückkehr zur Erde hin“, sagt zu Eulenburg. „Es scheinen dabei alle relevanten Gewebsarten des Gehirns betroffen zu sein.“ Ein klinischer Hinweis für neurologisch relevante Folgen eines Langzeitaufenthalts im All sind bisher lediglich Veränderungen des Sehvermögens bei einigen Raumfahrern.

Gestörter Blutabfluss im Kopfbereich
Ursache für den Anstieg der Hirnproteine ist möglicherweise ein gestörter Abfluss des venösen Bluts aus dem Kopf in Schwerelosigkeit, der im Lauf der Zeit zu einem Druckanstieg im Nervenwasser führt. Hier gibt es Hinweise auf eine Korrelation mit der Aufenthaltsdauer im All.

„Um die neurologischen Risiken bei Langzeitmissionen zu minimieren und die allgemeine klinische Bedeutung der Befunde zu bestimmen sind umfassendere Studien mit vorbeugenden Maßnahmen gegen den Druckanstieg im Kopf unbedingt notwendig, bevor Raumfahrer eine Reise zum Mars antreten“, so Peter zu Eulenburg.

Orginalveröffentlichung:
Changes in Blood Biomarkers of Brain Injury and Degeneration Following Long-Duration Spaceflight. Peter zu Eulenburg et al. JAMA Neurology 2021.

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Bemannte Raumfahrt und Gesundheit

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