IRAD Menschliche In-Vitro-Modelle

Es gibt epidemiologische Hinweise darauf, dass Astronauten, die während eines Weltraumaufenthalts ionisierender Strahlung ausgesetzt waren, häufiger an Erkrankungen des Nervensystems, des Herz-Kreislauf-Systems oder anderen Erkrankungen leiden. Experimentelle Studien, die darauf abzielen, die Ursachen zu analysieren und Risiken vorherzusagen, basieren in der Regel auf Tiermodellen. Die auf diese Weise gewonnenen Ergebnisse sind jedoch nicht direkt auf den menschlichen Organismus übertragbar. Neben der problematischen ethischen Bewertung weisen in vivo und in vitro Tiermodelle den weiteren entscheidenden Nachteil der erheblichen artspezifischen Unterschiede auf.

Im Vergleich zu anderen Stammzellmodellen sind hiPSC von besonderer Bedeutung für strahlenbiologische Untersuchungen im iRAD-Projekt, da sie personenspezifisch (autolog) sein können und somit eine individuelle Genetik, z.B. eine Veranlagung zu Krankheiten, aufweisen. Im iRAD-Projekt sollen hiPSC-basierte Zellkulturmodelle eingesetzt werden, die es ermöglichen, humanspezifische, prädiktive strahlenbiologische Testverfahren zu etablieren. Um das Potenzial dieses Ansatzes zu testen, werden in iRAD exemplarisch hiPSC-abgeleitete Kardiomyozyten verwendet. Es wurde untersucht, inwieweit es möglich ist, die Empfindlichkeit eines Astronauten gegenüber strahleninduzierten Effekten im Herzsystem personenspezifisch zu bewerten. Dieser innovative Ansatz wird auch für andere Forschungen auf dem Gebiet der biologischen Weltraumstrahlung von großem Interesse sein.

Um die Funktionalität der Herzmuskelzellen nach der Aussetzung mit ionisierender Strahlung zu untersuchen, werden extrazelluläre Ableitungen an adulten hiPSC-abgeleiteten Kardiomyozyten unter Verwendung von MEA Chips vorgenommen. Weitere für kardiovaskuläre Erkrankungen relevante Endpunkte sind zelluläre Parameter wie die Induktion und Reparatur von DNA-Schäden und die Induktion von Apoptose. Um zu testen, ob das Zellmodell für die Untersuchung individueller Strahlenempfindlichkeiten geeignet ist, werden die Experimente mit Kardiomyozyten von zwei verschiedenen Spendern durchgeführt.