NASA-Forschung könnte Millionen von Leben retten

Unbenannt

Im All gibt keine Krankenhäuser. Was passiert also mit Astronauten, die zum Beispiel in der Internationalen Raumstation ISS krank werden? Sie müssen schlicht warten, bis eine Rückkehrmöglichkeit zur Erde besteht. Die NASA hat sich überlegt, wie man ihnen schon an Bord helfen könnte.

Die NASA Biocapsule besteht aus Kohlenstoff-Nanoröhren und soll den Astronauten nicht nur „diagnostizieren“ sondern ihn auch sofort behandeln, ohne dass er überhaupt merkt, dass irgend etwas nicht stimmt. Das hört sich nach Science- Fiction an, aber der persönliche Dr. McCoy unter der Haut wird einer der größten medizinischen Fortschritte sein, die es in den letzten Jahrzehnten gab. Und die Technik funktioniert auch auf der Erde.

Die Space Biosciences Division am NASA Ames Institut entwickelt Medizintechnik für die Astronauten. Im Wesentlichen soll damit eine medizinische Versorgung im Weltraum möglich werden. Dr. David Loftus ist der Mann, der die NASA Biocapsule erfunden hat und dafür ein Patent zugesprochen bekam.

Nehmen wir einmal an, irgendwann wird die Menschheit zum Mars fliegen. Der Hin- und Rückflug wird zwischen zwei und drei Jahren Zeit in Anspruch nehmen. Während dieser Zeit hat der Astronaut keinen Zugang zu einem Arzt, und es gibt jede Menge Möglichkeiten, dass in dieser Zeit gesundheitlich etwas schief geht.

Der Plan: Vor dem Start werden dem Astronauten eine Reihe von NASA Biocapsules implantiert. Ein kleiner Schnitt in der Haut ist dafür allerdings notwendig. Vermutlich werden die Biocapsules im Oberschenkel unter der Haut (subkutan) implantiert. Eine ambulante Operation mit lokaler Betäubung und ein oder zwei Stichen reicht aus. Danach kann der Körper des Astronauten mit zahlreichen medizinischen Problemen selbst fertig werden.

Eines der größten Bedrohungen im Weltraum ist die Exposition gegenüber hoher Strahlung. Wenn die Astronauten zum Mond oder Mars reisen, ist das Risiko einer heftigen und plötzlichen Strahlenbelastung sehr hoch. So könnte zum Beispiel das Knochenmark geschädigt und das Immunsystem vernichtet werden. Deshalb entwickelt die NASA die Biocapsule. Sie könnte mit Zellen gefüllt werden, die die erhöhte Strahlung erkennen und automatisch Medikamente aussondern, die dem Körper helfen.

Das ist keine Science-Fiction. Wir nutzen bereits ein Hormon namens G-CSF (Granulozyten-Kolonie stimulierender Faktor), um Krebspatienten, die eine Strahlentherapie erhielten, wegen der Folgeschäden zu behandeln. Es ist ein vergleichsweise kleiner Weg von dieser Therapie zu einer Kapsel, die mit Zellen gefüllt ist, die das Peptidhormon erzeugen. Ohne G-CSF könnte sich das Immunsystem des Astronauten nicht erholen; er oder sie würde an einer massiven Infektion sterben.

Die Biocapsules sind in der Lage, viele Medikamentendosen über einen Zeitraum von mehreren Jahren abzusondern. Die Kapseln sind extrem belastbar, und es gibt derzeit kein bekanntes Enzym, das ihre Nanostrukturen verstören kann. Und weil die Nanostrukturen inert sind, werden sie extrem gut vom Körper vertragen. Die poröse Struktur ermöglicht es Medikamenten durch die Wände der Kapsel zu wandern. Dennoch halten die Nanostrukturen die Zellen im Inneren zusammen und schützen sie.

Die Zellen selbst werden übrigens nicht aus den Kapseln freigesetzt. Sie arbeiten als biologische Fabriken und erzeugen Moleküle (Proteine und Peptide). Diese Substanzen verlassen die Nanoröhren durch Diffusion durch die Kapselwand. Die Zellen werden über die Kapselwand auch mit Nährstoffen und Sauerstoff für ihren Stoffwechsel versorgt und können so je nach Typ wochen-, monate oder jahrelang überleben.

Neben Strahlenschäden will man mit den Biocapsules auch andere Bedrohungen bekämpfen. Hitze, Erschöpfung und Schlafentzug sind schwerwiegende Risiken bei einem Weltraumspaziergang. Die Kapseln könnten so gebaut werden, dass sie beim Auftreten verschiedener Stress-Faktoren aktiviert werden und dem Astronauten helfen, diese extrem anstrengende Tätigkeit zu bewältigen.

Hier auf der Erde interessiert sich nicht nur das Militär für die Kapseln. Die NASA zielt besonders auf Diabeteskranke ab, die Insulin benötigen. Die Kapsel können mit Inselzellen der Bauchspeicheldrüse von Tieren ausgestattet werden und Insulin produzieren und ausscheiden. Die NASA Biocapsules würden automatisch auch dann arbeiten, wenn die Patienten schlafen. Unklar ist mir allerdings, wie der Glukoselevel gemessen werden soll. Glukosensoren gibt es im Hypothalamus, im Stammhirn und in der Leber. Wie die mit der Kapsel zusammen spielen sollen, ist schwer zu sagen.

Sekundäre „terrestrischen“ Anwendungen wären die Krebsbehandlung, insbesondere bei Gehirntumoren. Eine Biocapsule, die direkt in einen Tumor implantiert wird, könnte sehr hohe Medikamentendosen im Rahmen einer Chemotherapie zielgenau absondern und so helfen, Nebenwirkungen zu reduzieren.

Auch im Bereich der Gentherapie wäre der Einsatz der NASA-Kapseln denkbar. Einige Kinder werden mit einem fehlenden oder defekten Gen geboren, so dass nicht das notwendige Protein erzeugt werden kann. Hämophilie ist hier ein klassisches Beispiel. Diese Patienten fehlt ein wichtiges Protein zur Blutgerinnung. Die Biocapsule könnte die fehlenden Proteine bedarfsgerecht freigeben. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind preiswert in der Herstellung und die Befüllung mit den gewünschten Zellen ist relativ einfach. Die Röhrchen werden mit einem Proteinkleber versiegelt. Die Tierversuche sollen 2012 oder 2013 beginnen. Sind sie erfolgreich, werden danach freiwillige Testpersonen eingesetzt. In 10 oder 15 Jahren könnten die NASA Kapseln dann zugelassen werden.

Unser besonderer Dank geht an Dr. Loftus, Mark Rober, Jessica Culler, Dan Waren, Val Bunnell, und an jedem bei der NASA JPL und NASA Ames, die diese Reportage möglich gemacht haben. Würden wir alle auflisten, denen wir zu danken haben, wäre die Liste seitenlang. Danke für die Möglichkeit, einen Einblick zu erhalten und für den großzügigen Umgang mit eurer Zeit.

Die US-Kollegen haben einen kleinen Film zur NASA Biocapsule gedreht und auf ihrer Seite veröffentlicht. [Brent Rose / Andreas Donath]

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  1. Guter Artikel…

    bin mal auf den Preis gespannt. Ich schätze den Preis pro Kapsel je nach Medikament auf schlanke 5.000 – 10.000 Euro ^^

  2. Aber hallo, was will ich mir eine Kapsel implantieren, wenn ich täglich, wöchentlich oder einmal im Monat mir eine Retard-Gelkapsel einwerfen kann? Wo bitte soll da der Sinn sein? Das ist höchstens fürs Militär gut, wenn man tagelang im Feld unterwegs ist und keinen Zugriff auf medizinische Versorgung hat. Und genau da wird sie auch landen, so nach dem amerikanischen Motto: Für die nationale Sicherheit…

    1. Nicht jedes Medikament kann oral aufgenommen werden. Im Fall der Insulingabe wäre das schon interessant – nur stellt sich mir – wie im Artikel beschrieben – die Frage, wie man das dosiert machen will.

  3. Es ist der Beste was ich je gelesen hab, es wäre so toll wenn einfach noch ein paar Millionen Menschen dazu kämen. Als technisch begabter und auch kreativer geistiger Mensch würde ich mich freuen, wenn ich mich in dieser Richtung mit einbringen könnte. Es wäre meine Mission dessen. Wir sollten gemeinsam darüber reden.

    Meine Kontaktdaten:
    Bernd Graf
    Fischerstr. 5
    15299 Müllrose
    Mobil: 01621300975
    E-Mail: begra.beratung@googlemail.com
    Ich danke und freue mich über eine Info.
    Mit freundlichen Grüßen
    Bernd Graf

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