Strahlenbiologische Charakterisierung einer murinen Osteozytenzelllinie

Kurzfassung

Der bemannte Raumflug ist eine der großen Herausforderungen, der sich die Menschheit gestellt hat. Der Langzeitaufenthalt im Weltraum (z.B. während einer bemannten Marsmission) stellt für den Astronauten ein schwer vorauszusagendes Gesundheitsrisiko dar. Es ist wahrscheinlich, dass die verbleibende Lebenserwartung durch eine solche Mission reduziert wird. Als limitierende Faktoren werden hierbei einerseits die Schwerelosigkeit und andererseits die Exposition mit energiereicher kosmischer Strahlung [Horneck et al., 1996; Horneck et al., 1997; Buckey, 1999; Dicello, 2002] angesehen. Eine durch das Zusammenspiel der beiden Faktoren mögliche synergistische Wirkung wird für das Entstehen von DNA-Schäden und deren Reparatur und anderen biologischen Endpunkten (z.B. Entstehung von Chromosomenaberrationen, Störung der Embryonalentwicklung) in der Literatur kontrovers diskutiert [Grigoriev et al., 1972; Grigoriev, 1982; Bücker et al., 1986; Horneck et al., 1996; Kiefer und Pross, 1999]. Langzeitaufenthalte gehen wegen des qualitativ und quantitativ anders zusammengesetzten Strahlenfeldes außerhalb der schützenden Erdatmosphäre mit einer erhöhten Strahlenexposition für den Astronauten einher [Simonsen et al., 1990; Nachtwey und Yang, 1991; Horneck et al., 2003]. Von besonderem Interesse ist der Knochenmasseverlust unter Weltraumbedingungen. Untersuchungen des Knochenstoffwechsels von Astronauten während und nach Langzeitaufenthalten im Weltraum zeigten, dass es unter diesen Bedingungen im Monat zu einem Verlust von bis zu 1-2 % der Knochenmasse kommt [Mack und LaChance, 1967], sofern keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die Schwerelosigkeit wird hauptsächlich für die Störung im Knochenumsatz verantwortlich gemacht, eine synergistische Beteiligung der Strahlung ist nicht ausgeschlossen. Die daraus resultierende Osteoporose ist eine Reaktion des Knochenstoffwechsels auf fehlende mechanische Beanspruchung von Knochen und Gelenken und Verlust der auf den Körper wirkende Erdanziehungskraft [Turner, 2000]. Es gibt eine Vielzahl von Studien, die sich mit den Auswirkungen von Schwerelosigkeit auf den Knochenstoffwechsel beschäftigen [Vico et al., 1998]. Die meisten Studien wurden dabei teils am Astronauten selbst (Gewinnung von Urin- und Blutproben, radiologische Untersuchungen) [Smith und Heer, 2002], aber auch in Tierversuchen (gängige Tiermodelle sind hierbei Ratten und Mäuse, teils Affen) und an Zellkulturmodellen durchgeführt [Turner, 2000]. Die meisten Versuche wurden in einer erdnahen Umlaufbahn („low Earth orbit“, in 320–1500 km Höhe) oder auf der Erde mit simulierter Schwerelosigkeit durchgeführt. Zur Wirkung von ionisierender Strahlung auf den Knochenstoffwechsel liegen zum heutigen Zeitpunkt nur begrenzte Forschungsergebnisse vor. Diese stammen aus Studien (Tierversuche und Untersuchungen an Zellkulturen) zur Klärung der Nebenwirkungen, die bei der Strahlentherapie von Krebserkrankungen auftreten (z.B. Osteoradionekrose) [Grotz et al., 1999; Dudziak et al., 2000; Carmichael et al., 2003]. Sie decken jedoch nicht die Strahlenqualitäten und Strahlendosen ab, die unter Weltraumbedingungen auf den Astronauten einwirken. Welche Rolle die hochenergetische Strahlung in Bezug auf die Strahlenbelastung des Menschen im Allgemeinen und für den Astronauten im Besonderen hat, ist derzeit nicht hinreichend untersucht. Ebenso gibt es wenige Erkenntnisse darüber, ob ionisierende Strahlung ein möglicher Kofaktor bei der Entstehung der Osteoporose unter Weltraumbedingungen ist [Matsumura et al., 1998; Ohnishi et al., 2002]. Aus diesem Grund ist es wichtig, der Hypothese nachzugehen, ob eine synergistische Wirkung von Strahlung und Schwerelosigkeit auf der Ebene des Knochenstoffwechsels existiert, die den unter Weltraumbedingungen beobachteten Knochenmasseverlust zu erklären vermag.