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Space experiment “Cellular Responses to Radiation in Space (CellRad)”: Hardware and biological system tests

Hellweg, Christine E. und Dilruba, Shahana und Adrian, Astrid und Feles, Sebastian und Schmitz, Claudia und Berger, Thomas und Przybyla, Bartos und Briganti, Luca und Franz, Markus und Segerer, Jürgen und Spitta, Luis F. und Henschenmacher, Bernd und Konda, Bikash und Diegeler, Sebastian und Baumstark-Khan, Christa und Panitz, Corinna und Reitz, Günther (2015) Space experiment “Cellular Responses to Radiation in Space (CellRad)”: Hardware and biological system tests. Life Sciences in Space Research, 7, Seiten 73-89. Elsevier. doi: 10.1016/j.lssr.2015.10.003. ISSN 2214-5524.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.lssr.2015.10.003

Kurzfassung

One factor contributing to the high uncertainty in radiation risk assessment for long-term space missions is the insufficient knowledge about possible interactions of radiation with other spaceflight environmental factors. Such factors, e.g. microgravity, have to be considered as possibly additive or even synergistic factors in cancerogenesis. Regarding the effects of microgravity on signal transduction, it cannot be excluded that microgravity alters the cellular response to cosmic radiation, which comprises a complex network of signaling pathways. The purpose of the experiment “Cellular Responses to Radiation in Space” (CellRad, formerly CERASP) is to study the effects of combined exposure to microgravity, radiation and general space flight conditions on mammalian cells, in particular Human Embryonic Kidney (HEK) cells that are stably transfected with different plasmids allowing monitoring of proliferation and the Nuclear Factor κB (NF-κB) pathway by means of fluorescent proteins. The cells will be seeded on ground in multiwell plate units (MPUs), transported to the ISS, and irradiated by an artificial radiation source after an adaptation period at 0×g0×g and 1×g1×g. After different incubation periods, the cells will be fixed by pumping a formaldehyde solution into the MPUs. Ground control samples will be treated in the same way. For implementation of CellRad in the Biolab on the International Space Station (ISS), tests of the hardware and the biological systems were performed. The sequence of different steps in MPU fabrication (cutting, drilling, cleaning, growth surface coating, and sterilization) was optimized in order to reach full biocompatibility. Different coatings of the foil used as growth surface revealed that coating with 0.1 mg/ml poly-D-lysine supports cell attachment better than collagen type I. The tests of prototype hardware (Science Model) proved its full functionality for automated medium change, irradiation and fixation of cells. Exposure of HEK cells to the β-rays emitted by the radiation source dose-dependently decreased cell growth and increased NF-κB activation. The signal of the fluorescent proteins after formaldehyde fixation was stable for at least six months after fixation, allowing storage of the MPUs after fixation for several months before the transport back to Earth and evaluation of the fluorescence intensity. In conclusion, these tests show the feasibility of CellRad on the ISS with the currently available transport mechanisms.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/99068/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Space experiment “Cellular Responses to Radiation in Space (CellRad)”: Hardware and biological system tests
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hellweg, Christine E.Division of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, Germany; christine.hellweg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dilruba, ShahanaDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, Germany; Present address: Department of Clinical Pharmacy, Institute of Pharmacy, University of Bonn, Bonn, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Adrian, AstridAirbus Defence and Space GmbH, TSPOE 3 / Payloads – Life Science, 88039 Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Feles, SebastianDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmitz, ClaudiaDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Berger, ThomasDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Przybyla, BartosDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Briganti, LucaAirbus Defence and Space GmbH, TSPOE 3 / Payloads – Life Science, 88039 Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Franz, MarkusAirbus Defence and Space GmbH, TSPOE 3 / Payloads – Life Science, 88039 Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Segerer, JürgenAirbus Defence and Space GmbH, TSPOE 3 / Payloads – Life Science, 88039 Friedrichshafen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spitta, Luis F.Division of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Henschenmacher, BerndDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Konda, BikashDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Diegeler, SebastianDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumstark-Khan, ChristaDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Panitz, CorinnaUniversitätsklinikum Aachen, Institut für Pharmakologie und Toxikologie, Wendlingweg 2, 52074 Aachen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reitz, GüntherDivision of Radiation Biology, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2015
Erschienen in:Life Sciences in Space Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1016/j.lssr.2015.10.003
Seitenbereich:Seiten 73-89
Verlag:Elsevier
ISSN:2214-5524
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Mammalian radiation response; Microgravity; Space experiment; Biocompatibility; Storage; Nuclear factor κB
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Strahlenbiologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Strahlenbiologie
Hinterlegt von: Kopp, Kerstin
Hinterlegt am:04 Nov 2015 11:29
Letzte Änderung:22 Mai 2024 08:29

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