Biomedizinische Forschung im Weltraum

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Lennart Koenig
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1 Biomedizinische Forschung im Weltraum CC Aerospace Biomedical Science & Technology Center Dr. Marcel of Competence Egli in Aerospace Leiter Kompetenzzentrum Biomedical Science & Technology Space Biology Group Marcel Horw Egli ng/ml PRL FSH LH 0 diestrus proestrus estrus

2 Mechanobiologie von «Connexion», Bewegungen einer isolierten äusseren Haarzelle zum Rhythmus von Bill Hailey s Song «Rock Around the Clock» Nobili, Mammano and Ashmore, How well do we understand the cochlea?, TINS 1998 (Länge der Zelle = 0.1 mm) Folie 2,

3 Druckempfindliche Körperstellen Gehör Gleichgewichtsorgan Knochen Lunge (zyklische Dehnung, Blutdruck) Teeth Herz (Blutdruck) Organe Muskeln und Sehnen Hearing Berührung Knorpel Propriozeption (Eigenempfindung) Folie 3,

4 Gesundheit und mechanische Stimulation Normale mechanische Stimulation: Zell- oder Gewebewachstum Genexpression Proteinsynthese Gewebedifferentiation Unterhalt der Gewebe Abnormale mechanische Stimulation: Osteoporose Arthrose Sehnenreizungen Atherosclerose (Arterienverkalkung) Es ist noch immer unklar, wie die Zellen mechanische Kräfte wahrnehmen und diese Information in eine entsprechende biologische Reaktion umwandeln Folie 4,

5 Leben ohne Schwerkraft: Muskelschwäche A Altersbedingter Muskelschwund (Sarcopenia) Wadenmuskelschwund von Astronauten im Weltraum B Aus Artificial Gravity Clément and Bukley Credits: ESA MRI Bilder des Wadenmuskels aufgenommen vor (A) und nach (B) 90 Tage Bettruhe (ESA-LTBR ) Credits: ESA Folie 5,

6 Leben ohne Schwerkraft: Osteoporose Normaler Knochen Osteoporose Knochen Folie 6,

7 Forschungsstation im Weltraum Transport und Installation des Columbus Moduls Folie 7,

8 Columbus Weltraumlabor Technische Daten: Länge 7 m Durchmesser 4.5 m Masse kg Folie

9 Plattformen zur Schwerelosigkeits-Simulation/Erzeugung Parabolic flights Sounding rockets Random Positioning Machine Forschungsplattformen Drop Tower Parabelflüge Sounding Rockets RPM Schwerelosigkeitsphase 4.7s (drop mode) 9.3s (catapult mode) 20s / Parabel Mehrere Minuten Tage - Wochen Drop tower Parabolic flights Schwerelosigkeitsqualität Anzahl Kampagnen Täglich 2x / Jahr 1 2x / Jahr Keine Restriktion Interaktionsmöglichkeit Hoch Mittel Gering Hoch Folie 9,

10 Parabelflüge Airbus A300 A Parabelflüge mit dem Northrop F-5E Tiger II der Schweizer Luftwaffe. A) Ansicht beim Einbau, B) Detailansicht B Studer et al Folie 10,

11 Höhenforschungsraketen Andøya Rocket Range Norwegen Esrange Rocket Range Schweden mg Periode (Minuten) Payload Durchmesser (cm) Payload Länge (m) Payload Masse (kg) Rotationsrate (Hz) Minitexus Texus Maser Maxus < 0.5 Folie 11,

12 Schwerelosigkeitssimulator Random Positioning Machine RPM des CC Aerospace Biomedical Science & Technology Wüest et al Verteilung des lokalen Gravitationsvektors während des Betriebes der Random Positioning Machine Folie 12,

13 Erzeugung von partieller Gravitation [%] 90 Aktivierungsprozesse der T-Zellen G ctrl Day 1g rpm G 0.6g Day rpm G 0.4g Day 0.2 rpm G 0.2g Day 0 rpm G New 0g 3 4 Day 1 Benavides Damm et al., G old Day 1 Planet Mass [kg] Radius [m] Acceleration due to gravity, g [m/s²] 0 Sun G old 1.99 x x Mercury day x x Venus 4.88 x x g / g Earth Earth 5.98 x x Moon 7.36 x x Mars 6.42 x x Cogoli et al., 1984 Jupiter 1.90 x x Saturn 5.68 x x Uranus 8.68 x x Neptune 1.03 x x Folie 13, Aerospaceweb.org

14 Weltraum-Apparaturen des Kompetenzzentrums Electrophysiology Hardware in flight configuration Digital Holographic Microscope (DHM) 3D image Fluorescence image Culture Chambers Folie 14,

15 Weltraum-Bioreaktoren der Gruppe Bioreactor SBR I (1994) SBR II (1996) Gradient Bioreactor ESA Study ( ) sampler shock chamber YSTRES (2003) manual Experiment lost (Space Shuttle Columbia disaster) Test of the automation SACESTRE - phase B (2011) Folie 15,

16 Folie 16, Aussicht aus einer Höhe von 42 km

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