Funktion des Immunsystems in Schwerelosigkeit - Vom Astronauten für die Erde lernen

Abstract

Das Immunsystem gehört zu den auf einem Raumflug mit am stärksten beeinträchtigen Systeme des menschlichen Körpers. Seit den ersten Apollo Missionen ist die Geschichte des bemannten Raumflugs von medizinischen Zwischenfällen in Form von Infektionskrankheiten geprägt. Funktionstests von Zellen des Immunsystems in Schwerelosigkeit zeigen eine deutlich verminderte Aktivität von T-Lymphozyten, natürlichen Killerzellen und des Monozyten-/Makrophagensystems. Das Problem der gestörten Immunfunktion liegt wahrscheinlich nicht allein in der Stressreaktion des Gesamtorganismus begründet, sondern auch in der direkten Wirkung der Schwerelosigkeit auf Zellebene. Die zelluläre Schwerkraftwahrnehmung ist wahrscheinlich nicht die Folge der direkten Aktivierung eines einzelnen Moleküls, sondern Folge der Änderung der Kraftwirkung auf die extrazelluläre Matrix, der Zellform, der Zytoskelettorganisation oder der inneren Vorspannung der mechanischen Elemente der Zelle. Die Entwicklung dieser mechanosensitiven Mechanismen war wahrscheinlich eine unverzichtbare evolutionäre Voraussetzung, unsere Zellen in die Lage zu versetzen, ihre Umgebung wahrzunehmen und somit sich in einem komplexen Organismus zu organisieren. In der Schwerelosigkeit aber könnten nun diese optimal an das Leben auf der Erde angepassten Systeme ein Problem darstellen.

Long-term sensitivity of human cells to reduced gravity has been supposed since the first Apollo missions and was demonstrated during several space missions in the past. In vitro experiments demonstrated that cells of the immune system are exceptionally sensitive to microgravity. Therefore, serious concerns arose whether spaceflight-associated immune system weakening ultimately precludes the expansion of human presence beyond Earth's orbit. In human cells, gravitational forces may be sensed by an individual cell in the context of altered extracellular matrix mechanics, cell shape, cytoskeletal organization or internal pre-stress in the cell-tissue matrix. The development of cellular mechanosensitivity was probably an evolutionary requirement to sense the individual microenvironment of a cell. Therefore, it is possible that the same mechanisms, which enable human cells to sense and to cope with mechanical stress, contribute to cellular malfunction in microgravity.