Bemannte Raumfahrt für Medizinforschung und Gesundheitsprojekte

Die Internationale Raumstation ISS ist eines der größten internationalen Projekte aller Zeiten, bei dem Europa mit den USA, Russland, Japan und Kanada zusammenarbeitet. Nach Fertigstellung der 450 Tonnen schwere ISS, stehen über 1200 Kubikmeter Druckraum zur Verfügung, in dem die bis zu sieben Besatzungsmitglieder bis heute eine Vielzahl wissenschaftlicher Experimente in einer Umlaufbahn von rund 400 km Höhe durchgeführt haben. Mit der ISS steht Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen ein einzigartiges Labor zur Durchführung von medizinischen Forschungs- und Entwicklungsprojekten zur Verfügung, mit dem Ziel die menschliche Gesundheit sowohl im Weltraum als auch auf der Erde zu schützen. Unternehmen wie Airbus und OHB sowie nationale und europäische Forschungsprogramme bieten Pharmaunternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen einen attraktiven und effizienten Zugang zur Weltraumforschung, mit der Entwicklungen neuer Medikamente, Heilverfahren und Produkte im Milliardenmarkt der Pharma- und Medizintechnik beschleunigt werden. Der INNOspace Masters will neue biomedizinische Projekte auf der ISS unterstützen, und vor allem Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die nicht aus der Raumfahrt kommen, einen attraktiven Zugang zur Weltraumforschung über die Partner des Innovationswettbewerbs anbieten. Gleichzeitig sollen Unternehmensgründungen in Deutschland unterstützt werden, die Technologien und Verfahren aus der Raumfahrtforschung kommerzialisieren wollen bzw. für die eigene Produktentwicklung die Laborumgebung der ISS nutzen wollen.

Medizinische Forschung unter Microgravitation auf der ISS
Das europäische Forschungsmodul Columbus wurde am 11. Februar 2008 an der ISS installiert. Columbus und weitere Forschungslabore beteiligter Nationen haben eine Vielzahl von Forschungsprojekten unterstützt, die ein besseres Verständnis der menschlichen Gesundheit ermöglichen, die normalerweise durch die Schwerkraft verdeckt werden. Die Mikrogravitation oder sehr schwache Schwerkraft auf der ISS ist ein nützliches Umfeld, um Erkenntnisse über die menschliche Gesundheit zu gewinnen, sowohl im Hinblick auf die Auswirkungen der Langzeit-Weltraumfahrt (z.B. Alterungsprozess, Strahlungsbelastung, Veränderungen des Sehvermögens). Darüber hinaus können neue Erkenntnisse zu verbreiteten biomedizinischen Herausforderungen z.B. Krankheiten wie Krebs, Diabetes oder Alzheimer gewonnen werden. Durch die Mikrogravitation ist das Zellwachstum im All schneller und dreidimensionaler als auf der Erde. Experimente auf der ISS geben den Wissenschaftlern einen besseren Einblick in die Proteinstruktur, und erlaubt die Entwicklung von hochwertigen Proteinkristallen, um Medikamente der Pharmaindustrie zu optimieren und Nebenwirkungen reduzieren. Die Struktur eines Biomoleküls aufzuklären ist ein essenzieller Schritt um einen geeigneten Wirkstoff dagegen zu entwickeln. Dieser Vorgang dauert auf der Erde jedoch oft mehrere Jahre und ist mit einem großen Kostenaufwand verbunden. Die Forschung auf der ISS hilft diese Entwicklungsprozesse schneller und kostengünstiger zu machen. Diese Beispiele verdeutlichen die Bedeutung der ISS als wichtiges Labor für die biomedizinische Forschung, in dem Wissenschaftler Experimente durchführen, die auf der Erde unmöglich oder äußerst schwierig sind.

Marktpotential durch Technologietransfer
Zahlreiche Forschungsergebnisse und Technologien, die für den Erhalt der Gesundheit von Astronauten entwickelt wurden, sind mittlerweile im Gesundheitswesen und als medizinische Produkte umgesetzt worden. Folgende Beispiele geben einen Eindruck über die enormen Möglichkeiten der Weltraumforschung für die medizinische Forschung, Technologie-entwicklung und des Technologietransfers:

• Die Europäische Weltraumbehörde ESA entwickelte ein leichtes, einfach zu bedienendes und genaues Gerät zur Messung von Stickstoffmonoxid in der Ausatemluft. Das Instrument wurde auf der ISS getestet um Entzündungen der Atemwege bei Astronauten zu untersuchen. Das schwedische Unternehmen Aerocrine AB hat das Gerät gemeinsam mit der ESA weiterentwickelt, dass sich auch für die Behandlung von Asthmapatienten auf der Erde bewährt hat.
• Die Münchner terraplasma medical GmbH, Alumni des ESA BIC Bavaria, bringt ihr erstes Produkt für die professionelle Wundversorgung mit kaltem atmosphärischem Plasma auf den Markt. Das Konzept stammt aus Experimenten, die 2001 auf der ISS durchgeführt wurden um komplexe Plasmakristalle unter Schwerelosigkeit zu untersuchen. Kaltes Plasma inaktiviert sehr erfolgreich Bakterien, Viren, Pilze und Sporen. Dadurch trägt es auch bei Infektionen mit multiresistenten Erregern zur Wundheilung bei. Das plasma care® ist ein tragbares medizinisches Handgerät zur Wundversorgung mit kaltem atmosphärischem Plasma. Nach der CE-Zulassung kann das Gerät nun von Medizinern zur Behandlung von akuten und chronischen Wunden eingesetzt werden, um den Kampf gegen multiresistente Organismen zu unterstützen.
• Das ESA BIC Bavaria Start-up Kumovis hat eine neuartige 3D-gedruckte Schmelzfaden-Fertigungstechnologie für die Herstellung von Medizinprodukten und Implantaten entwickelt. Der automatisierte Biodruck von menschlichen Organen gilt dabei als ein potentieller Wachstumsmarkt für die Medizintechnik, mit der zukünftig weltweit tausende von Menschen versorgt werden könnten. Forschungsprojekte in der Mikrogravitation können den Entwicklungsprozess deutlich beschleunigen, in dem Zellen sich zu komplexen 3D-Aggregaten, den Spheroiden, zusammensetzen. Dabei könnte gezeigt werden, dass die Mikrogravitation als Werkzeug zur Differenzierung von adulten Stammzellen zu funktionalen Geweben genutzt werden kann. Die Etablierung einer solchen Technologie soll in der Zusammenarbeit zwischen Airbus und der Universität Zürich in einem Weltraumexperiment gezeigt werden.

Zugang zur Weltraumforschung durch kommerzielle Anbieter
Nationale Forschungsprogramme und kommerzielle Anbieter unterstützen die Konzeption und Durchführung von wissenschaftlichen und industriellen Experimenten auf der ISS. Damit wird auch Unternehmen und Forschungseinrichtungen, die nicht aus der Raumfahrt kommen, ein attraktiver Zugang zur Weltraumforschung geboten. Einer der kommerziellen Anbieter ist Airbus, der auf der ISS die myBiorack Anlage betreibt. Ziel dieser Initiative ist die Ermöglichung von kosteneffizientem Zugang zur Mikrogravitationsforschung sowie die Wiederverwendung vorhandener Hardware um den Zeitplan für die Nutzlastintegration zu verkürzen. Dies ermöglicht Airbus Kunden einen kurzfristigen Zugang zur ISS, idealerweise innerhalb von nur einem Jahr nach Vertrags-unterzeichnung. Experimente werden zur ISS geschickt und von der Crew in die myBiorack-kompatiblen Einrichtungen installiert. Das Experiment wird nach seinem Rücktransport von der ISS wieder an den Kunden übergeben. Airbus unterstützt seine Kunden über den gesamten Zeitraum von der Konzeption, Planung und Durchführung des Experiments auf der ISS. Ein weiterer kommerzieller Anbieter, die OHB System GmbH, entwickelt wichtige Experimentieranlagen- und Infrastrukturelemente für die ISS und ist seit mehr als zehn Jahren verantwortlich für die Engineering-, Integrations- und Betriebsunterstützung der Columbus-Nutzlasten, die von OHB System entwickelt wurden. 2019 hat OHB den Zuschlag der ESA für die Entwicklung von drei Biolab-Experimenten an Bord der ISS erhalten. Die wissenschaftlichen Experimente befassen sich mit Wundheilung der menschlichen Haut, dem Verhalten von Lungenzellen und den Reparaturmechanismen von Bakterien im All.

Der INNOspace Masters, veranstaltet durch das DLR Raumfahrtmanagement, sucht mit seinen Partnern Airbus, OHB und den deutschen ESA Business Incubation Centres nach neuen Projektvorschlägen für medizinische Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf der ISS. Ein besonderes Augenmerk liegt auch auf Projekten zur Kommerzialisierung von medizinischen Technologien und Verfahren aus der Weltraumforschung. Teilnehmer aus Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Industrie auch aus der nicht-Raumfahrtbranche können maßgeschneiderte Preise gewinnen um ihre Projektideen zu realisieren.

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