Heart in Space - Kooperation zwischen NASA und UHZ

Die gesundheitlichen Konsequenzen der permanenten Schwerelosigkeit für das Gefäßsystem
der Astronauten sind bisher nur schwer einschätzbar und wenig erforscht. Zwar ist die Auswirkung
der Schwerelosigkeit auf das Muskel- und Skelettsystem relativ gut beschrieben, es fehlen aber detaillierte Studien des Effekts von Schwerelosigkeit auf das kardiovaskuläre System.

Das Forschungsprojekt „Heart in Space“ soll daher herausfinden, wie sich die Gravitation auf das Herz- und Gefäßsystem auswirkt. Dazu wurde Prof. Sonja Schrepfer aus dem Universitären Herz- und Gefäßzentrum UKE Hamburg von der NASA beauftragt – Ihr Team und sie haben zuvor im TSI-Labor am Universitären Herz- und Gefäßzentrum UKE Hamburg entsprechende Labormethoden entwickelt und werden diese nun für "Heart in Space" zum Einsatz bringen.

Presse

  • Pressemitteilung

    UKE-Wissenschaftler publizieren neues Verfahren in der Fachzeitschrift Nature-Biotechnology

    Patienteneigene pluripotente Stammzellen werden vom Immunsystem als fremd erkannt und abgestoßen

    Erneut hat das Team um Prof. Dr. Sonja Schrepfer, Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE), wichtige Erkenntnisse ihrer Stammzellforschung in der renommierten Fachzeitschrift Nature Biotechnology veröffentlicht.

    Patienteneigene induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) sind immunologisch so verändert, dass sie vom Immunsystem des Patienten als fremd erkannt und abgestoßen werden, lautet die Kern-botschaft der aktuellen Forschungsarbeiten. Diese neuen Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit von hypo-immunen iPS-Zellen, die wir in unseren vorherigen Forschungen beschrieben haben, erläutert Prof. Schrepfer.

    iPS-Zellen sind Stammzellen, die durch künstliche Rückprogrammierung aus ausgereiften Körper-zellen entstanden sind und sich zu jedem Zell- oder Gewebetyp des Körpers entwickeln können, zum Beispiel zu intakten Herzmuskelzellen. Langfristig, so die Hoffnung der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, kann mit Hilfe der Stammzelltherapie der Organmangel in der Transplantati-onsmedizin beeinflusst werden.

    Literatur:
    Deuse T. et al., De novo mutations in mitochondrial DNA of iPSCs produce immunogenic ne-oepitopes in mice and humans, Nature Biotechnology (2019). DOI: 10.1038/s41587-019-0227-7

    Kontakt für Rückfragen:
    Prof. Schrepfer forscht derzeit an der University of California San Francisco (UCSF).
    Sie ist erreichbar unter: [email protected]

  • Goethe Institut, © Iris Völlnagel

    The Big Pond #42: Heart in Space – German Scientists and NASA

    Since 2016, the German scientists Sonja Schrepfer and her husband Tobias Deuse have led the Transplant and Stem Cell Immunobiology Lab at the University of California in San Francisco and the Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf. It is funded by NASA, the National Institutes of Health and the Center for the Advancement of Science in Space. Our producer Iris Völlnagel reports on their contribution to space travel.

    Cardiologists Sonja Schrepfer and Tobias Deuse together with their team study how zero gravity affects the body as well as the vascular cells and the immune system. By doing so they hope to find out what may help astronauts survive much longer stays in space. And there is more: Hopefully their research will show new ways that patients on earth, who suffer from various diseases, might be healed – or at least find relief as doctors gain a better understanding of these diseases.

    This episode of The Big Pond sheds light on a current trend of German scientists gravitating towards the US to broaden their research. Being a successful professor of medicine in Germany, Schrepfer never thought of working for NASA, not until 2013. Then, she and her husband Tobias Deuse, a cardiac surgeon, attended the Scientific Meeting of the American Heart Association. Before catching their flight back to Germany, the couple visited NASA’s Johnson Space Center in Houston. At the end of the visit they received a document with a weblink to NASA's research website, where they successfully applied for a grant. Listen to this feature for the whole story.

    Radiofeature on goethe.de

ARD-Mittagsmagazin

ARD-Beitrag: Weltraumärztin Prof. Sonja Schrepfer

Prof. Sonja Schrepfer berichtet im ARD-Mittagsmagazin (16.08.2018) per Skype-Interview über den aktuellen Stand der Forschung.

Forschen für die NASA: "Heart in Space"-Newsletter

  • NASA

    Als am frühen Morgen des 18. September die Dragon Kapsel der Rodent Research Mission 9 mit 20 Mäusen an Bord im Pazifischen Ozean landet, stehen Prof. Sonja Schrepfer und Dr. Dong Wang vom TSI­Labor des UHZ sowie 40 weitere internationale Forscher bereits in den Startlöchern. Innerhalb weniger Stunden erreichen die Weltraummäuse das Forschungs­zentrum in Südkalifornien – und das wissenschaftliche Abenteuer beginnt.

    Hier geht es zur vorerst letzten Weltraumpost: Newsletter Nr. 11

  • 10. Weltraumpost

    Schon als Sechsjährige träumt Millie Hughes-Fulford davon, Wissenschaftlerin und Astronautin zu werden. 40 Jahre später – am 5. Juni 1991 – hat sie ihr Ziel erreicht und startet im Space Shuttle Columbia als Nutzlastspezialistin zur fünften Spacelab-Mission STS-40. Wie es sich im Weltraum anfühlt, ob man in Raumfähren überhaupt schlafen kann und wie die Erde von oben aussieht – Prof. Sonja Schrepfer (S) hat sich darüber mit Millie Hughes- Fulford (H-F) während ihres NASA-Besuchs unterhalten.

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  • Heart in Space

    9. Weltraumpost

    Hat Schwerelosigkeit auch einen Einfluss auf das Altern des Immunsystems?

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    8. Weltraumpost

    "Drei, zwei, eins, zero!" - 20 Mäuse an Bord der Rodent-Research Mission 9 (RR-9)

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    7. Weltraumpost

    Das Mädchen-Mutmach-Programm zu Besuch im Forschungslabor

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    6. Weltraumpost

    Untersuchung an einiigen Zwillingen: Wie wirkt sich die Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper aus?

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    5. Weltraumpost

    Astronaut Scott Kelly kehrt nach 340 Tagen aus den Weltall zurück

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    4. Weltraumpost

    Wie erging es UHZ - Wissenschaftler Dr. Dong Wang in seinem ersten Jahr in San Francisco?

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    3. Weltraumpost

    Erste Antworten auf die Frage, wie sich die Gravitation auf Herz und Gefäße von Menschen auswirkt

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    2. Weltraumpost

    Sechs Monate nach dem Startschuss der Weltraummission - wie leben und arbeiten die Hamburger in San Fransico?

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    1. Weltraumpost

    In knapp drei Jahren den Mars umrunden

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Prof. Dr. Sonja Schrepfer und ihr Mann Prof. Dr. Tobias Deuse

Seit Jahren forscht Prof. Dr. Sonja Schrepfer am Universitären Herzzentrum (UHZ) im Bereich Stammzellund Transplantationsimmunbiologie. Im Dezember 2015 erhielt die Leiterin des TSI-Labors (TSI = Transplant and Stem Cell Immunobiology) den Zuschlag der NASA für ihr Forschungsprojekt „Heart in Space“ und siedelte übergangsweise mit Teilen ihres Hamburger Teams nach San Francisco über.


Einmal den Mars umrunden – als Prof. Schrepfer 2013 im Space Center Houston erstmals davon hört, dass die NASA ein Astronautenteam zum roten Planeten schicken will, lässt sie das Projekt nicht mehr los. „Noch auf dem Rückflug nach Hamburg entwickelten wir unser Vorhaben, den Einfluss lang andauernder Schwerelosigkeit auf das Herz- und Gefäßsystem zu untersuchen“, berichtet die Wissenschaftlerin. Zwei Wochen später ist der Antrag eingereicht, das Projekt „Heart in Space“ geboren.

Acht UHZ-Wissenschaftler aus Medizin, Biotechnologie, Space Medicine, Physik und Biologie begleiten Prof. Schrepfer im Dezember 2015 ins Forschungslabor auf dem NASA-Gelände in San Francisco. Unterstützung kommt auch aus Hamburg durch das Team des TSI-Labors. „Die Möglichkeit, NASA-Missionen für unsere Forschungen nutzen zu können, ist absolut einzigartig und eine große Verantwortung“, erklärt Prof. Schrepfer. So konnte ihr Team etwa am ersten „live animal return“ – der RR9-Mission der NASA zur Raumstation ISS mit zehn Mäusen – teilnehmen und die Gefäße der Weltraumtiere nach ihrer Rückkehr auf Veränderungen hin untersuchen. „Von unserer Arbeit erhoffen wir uns auch, die Mechanismen, die zu Gefäßstenosen führen, weiter zu entschlüsseln, um so neue Therapieansätze für die Menschen auf der Erde entwickeln zu können.“

Trotz der Faszination für ihre Forschungen vermisst Sonja Schrepfer natürlich auch ihre Heimat Hamburg mit ihren Freunden und Kollegen. Was ihr außerdem fehlt? „Meine Lieblingsschokolade!“, antwortet sie lachend. Schon heute freut sie sich aufs Naschen – und auf einen Besuch in der Elbphilharmonie, die sie bislang nur von Fotos kennt. Tschüss und bis bald in Hamburg, Frau Prof. Schrepfer!

Interview mit Prof. Dr. Sonja Schrepfer

  • 2013 gab es einen Kongress in Texas; mein Mann und ich haben an einem Nachmittag das Space Center Houston besucht.Die Ausstellung dort hat mich sehr beeindruckt. Am Ende gab es eine wissenschaftliche Präsentation der NASA und man wurde aufgefordert, sich online zu informieren, wenn man wissenschaftlich interessiert ist.
    Auf dem Heimflug nach Hamburg hat mich das Thema "Zukünftige Marsmission; Weltall; Krankheiten im Weltall" nicht losgelassen und ich habe mit meinem Mann eine Studienidee entwickelt: "Wie verändern sich die Gefäße, wenn man für einen längeren Zeitraum im Weltall ist?".
    Zurück in Hamburg habe ich die Website gesucht und gesehen, dass 14 Tage später die Deadline für "Spaceflight Opportunities Cell Biology" ist. Kurzerhand habe ich die von uns im Flugzeug entwickelte Idee zusammengeschrieben und eingereicht - und wir haben tatsächlich den Grant erhalten!
  • Ich bin seit dem 15.12.2015 hier. Wir haben uns schnell eingelebt, da wir hier bereits früher für einige Jahre gelebt hatten. Unsere Freunde sind noch hier und wir genießen die Zeit sehr.
  • Für die Marsmission werden Astronauten zum ersten Mal für einen langen Zeitraum im Weltall (in Schwerelosigkeit) sein.
    Wir untersuchen vorab, ob sich durch die Schwerelosigkeit die Gefäße so verändern können, dass die Astronauten Probleme bekommen könnten (Herzinfarkt; Schlaganfall; Verschluss von Beinarterien, etc.).
  • Wir freuen uns sehr den Grant erhalten zu haben und hierdurch die einzigartige Möglichkeit zu haben, in einem neuen Feld zu forschen.
    Außerdem erhoffen wir uns hierdurch den Mechanismus bei Gefäß-Stenosen ein weiteres Stück zu entschlüsseln und hieraus auch für Patienten auf der Erde neue Therapieansätze zu finden.
  • Am liebsten würden alle Hamburger Kollegen mit vor Ort sein. Dies ist teils familiär oder auch finanziell nicht möglich. Wir arbeiten dennoch als eine "globale" Gruppe zusammen. Jede Woche besprechen wir uns alle via Skype-Konferenz und ich spreche außerdem mit jeden Labmember regelmäßig unter 4 Augen.
    Mit in San Francisco sind zurzeit:
    • Christiane Pahrmann
    • Dr. Dong Wang
    • Xiaomeng Hu
    • Katharine Miller
    • mein Mann und Kollege Tobias Deuse
  • Ähnlich wie in Hamburg: wir kommen gegen 7.30 Uhr ins Labor und führen unsere Versuche durch. Wissenschaft kennt keinen 8-Stunden-Tag. An manchen Tagen gibt es sehr viel zu tun, an anderen haben wir Zeit für eine Lunch-Pause unter der Golden Gate Brücke.
  • Wir untersuchen gerade Gefäße von Mäusen, die für 4 Wochen auf der Internationalen Space Station (ISS) waren. Auf RNA-Ebene versuchen wir kleinste Veränderungen in der Zellregulierung zu finden. Die besondere Herausforderung ist, dass wir mit einzigartigem Probenmaterial arbeiten.
    Es gibt keine Möglichkeit diese Versuche zu wiederholen (wie es sonst in der Forschung üblich ist, falls ein Versuch nicht klappen sollte).
  • Biologie war für mich sehr spannend und die Teilnahme bei "Jugend forscht" war entscheidend, um zu erkennen, dass ich diese Art des "Denkens" und "Handelns" mag:
    Wir beantworten Fragen, auf die es bisher keine Antworten gibt. Das ist faszinierend und nur dadurch entwickeln wir uns weiter. Die Forschungsatmosphäre habe ich von Anfang an gemocht. Meine experimentelle Doktorarbeit hat mich dann bestärkt, dass ich in diesem Bereich weitermachen möchte.
Herr Prof. Dr. Dr. Hermann Reichenspurner
Prof. Dr. Dr. Hermann Reichenspurner
„Durch die einzigartige Zusammenarbeit von Klinik und Forschung und von internationalen Arbeitsgruppen ist es uns möglich, unsere in Hamburg entstandene Idee tatkräftig umzusetzen und vor Ort bei der NASA in Kalifornien zu realisieren.“

Prof. Dr. Dr. Hermann Reichenspurner
Klinikdirektor

Impressionen

TSI Labor UHZ

Unser Labor in Hamburg.
Das Team um Prof. Schrepfer hat den Grant der NASA erhalten

Wir haben den NASA Grant erhalten und ziehen nach San Francisco!
Blick vom Labor auf Golden Gate Bridge

Unser Blick aus dem Labor der University of California San Francisco (UCSF) auf die Golden Gate Bridge.
Das Labor ist eingerichtet und wir starten die Versuche

Das Labor ist eingerichtet und wir starten die Versuche!
Zellkultur

Im Zellkultur-Labor: Hier werden menschliche Gefäßzellen in Schwerelosigkeit kultiviert. Die Versuche haben begonnen!
Bay Area Space Consortium
Gründung des „Bay Area Space Consortium“ im Februar 2016:
Space-interessierte Wissenschaftler, Mitarbeiter und Studenten werden jeden Monat über NASA-Forschungsprojekte von der UCSF und Stanford University informiert.
Forschungsgebäude

Das Forschungsgebäude „Medical Sciences“ in San Francisco. In der Empfangshalle sind die UCSF Nobelpreisträger gezeigt.
Grüße aus San Francisco nach Hamburg

Grüße aus San Francisco nach Hamburg!
Zellkulturversuche
Die ersten Zellkulturversuche sind fertig und werden nun analysiert und ausgewertet.
Hierfür werden Färbungen der Zellen durchgeführt und untersucht, ob sie sich in Schwerelosigkeit verändert haben.
Probetraining NASA
NASA-Probetraining in Mountain View:
Für die richtigen Experimente haben wir nur 3 Minuten Zeit, um die Gefäße zu präparieren und für unsere Analysen aufzubereiten.
Prof. Dr. Dr. Uwe Koch-Gromus
Prof. Dr. Dr. Uwe Koch-Gromus
„Heart in Space wird den Wissenschaftsstandort Hamburg stärken. Ich bin stolz, dass Frau Prof. Schrepfer den Grant der NASA erhalten hat und nun in Kalifornien forscht. Hamburg leistet damit einen wichtigen Beitrag für die internationale Forschung.“

Prof. Dr. Dr. Uwe Koch-Gromus
Dekan
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

Frau Prof. Sonja Schrepfer und ihr Team legen die wissenschaftlichen Grundlagen für die Herz-Gefäßgesundheit in der Schwerelosigkeit.

Im Fokus der Forschung stehen sogenannte microRNAs (miRNAs) und glatte Muskelzellen. Ihr Einfluss auf die kardiovaskuläre Gesundheit der Astronauten wird untersucht.

Das primäre Ziel dieser Studie ist es, ein besseres Verständnis der miRNA-Regulierung in der Schwerelosigkeit und die daraus resultierenden Folgen für die Gefäßgesundheit zu erlangen, um bestehende kardiovaskuläre Veränderungen von Astronauten zu enträtseln.

SPACE

  • Sonja Schrepfer wurde am 26.12.1974 in Würzburg geboren, sie ist verheiratet und hat einen Sohn.

    Ihr Spezialgebiet ist neben der Stammzellimmunbiologie die Transplantationsimmunologie.

    2009 erhielt Prof. Dr. Sonja Schrepfer den Ruf zur Heisenbergprofessur an der Universität Hamburg und zur Gastprofessur an der Stanford University in Kalifornien, USA.

    Im gleichen Jahr hat sie das Transplant and Stem Cell Immunobiology (TSI)-Labor gegründet.

    Ihre Forschungsarbeiten wurden u.a. 2014 mit dem renommierten "Innovationspreis der Deutschen
    Hochschulmedizin", 2015 mit dem "Paul Martinipreis" und dem "Thiemepreis der Nationalen Akademie der Wissenschaft Leopoldina" ausgezeichnet.

    Kontakt

    Sonja Schrepfer
    Prof. Dr. med.
    Sonja Schrepfer
    Telefon
    +49 (0) 40 7410 - 58048
    E-Mail
    [email protected]
    Weitere Informationen

  • Projekt - Die Marsmission

    Das Forschungsprojekt "Heart in Space" wird die erste Studie sein, die den Fokus auf die Gefäßgesundheit und das Verhalten der glatten Muskelzellen in Schwerelosigkeit legt.

    Die Forschungsergebnisse werden für die Marsmission von großer Bedeutung sein: Nur wenn die Astronauten gesund zurückkehren, ist die Mission erfolgreich.

  • Auftrag - Forschungsidee

    Das TSI-Labor untersucht, ob sich die Gefäßphysiologie in der Schwerelosigkeit ändert und hierdurch eine Gefäßverengung gefördert wird.

    Bisher wurden die Gefäße von Astronauten nicht untersucht. Für die Marsmission ist zum ersten Mal ein "Langzeitaufenthalt" in der Schwerelosigkeit geplant.

    Für den Erfolg der Mission ist es wichtig, dass die Astronauten gesund zurückkehren. Die TSI-Crew untersucht deshalb, wie sich die Schwerelosigkeit auf das Gefäßsystem auswirkt.

  • Chronologie - Meilensteine

    Juni 2016:

    Erste valide Ergebnisse

    Mai 2016:

    Zellkulturexperimente

    April 2016:

    Anlayse der Proben

    März 2016:

    Erste Versuche an biologischem Gewebe bei der NASA und Probenaufbereitung

    Februar 2016:

    Start der Versuche: Beginn Zellkultur und Imitation von Schwerelosigkeit

    Januar 2016:

    • Einrichtung des Labors
    • Etablierung der Projektgruppe auf dem Gelände der National Aeronautics and Space Administration (NASA)
    • Einarbeitung der TSI-Crew

    Dezember 2015:

    Bezug der Laborräumlichkeiten in Kalifornien

  • Erfolg - Zukunftsperspektiven

    Die Ergebnisse von Heart in Space einen entscheidenden Beitrag für die NASA-Missionen der Zunkunft.

    Sie bieten nicht nur einen neuen Einblick in Genregulationen, sondern eröffnen auch neue therapeutische Möglichkeiten, die zu neuen pharmazeutischen Produkten führen können.

    Nur durch ein umfassendes Verständnis der biologischen Vorgänge ist es möglich, neue Wirkmechanismen zu finden, die zu neuen Therapieoptionen für den Patienten führen.

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