Können wir das Gehirn vor kosmischer Strahlung schützen?
Während wir uns auf eine neue Ära der Raumfahrt vorbereiten, müssen wir Wege finden, um Gesundheitsrisiken durch die kosmische Umwelt abzuwenden. Insbesondere die Weltraumstrahlung beeinträchtigt bekanntermaßen die kognitive Funktion. Haben Forscher einen Weg gefunden, diesen Schaden rückgängig zu machen?
Dies ist der Vorabend, Astronauten zu entsenden, um den Weltraum zu erkunden, andere Planeten zu kolonisieren und zu terraformieren und für den Weltraumtourismus zu planen.
Die Raumfahrt birgt jedoch auch eigene Gesundheitsrisiken.
Eine Hauptbedrohung geht von kosmischer Strahlung aus, die das Zentralnervensystem schädigen, die kognitive Funktion verändern und zu Symptomen führen kann, die denen der Alzheimer-Krankheit ähneln.
Die NASA sowie private Unternehmen, die an Raumfahrtkonzepten interessiert sind, haben nach wirksamen Möglichkeiten gesucht, Astronauten vor Strahlenschäden zu schützen, da ihre Kolonisierungsmissionen zum Mars bereits in den 2030er Jahren geplant sind.
Bisher haben sich die Forscher hauptsächlich darauf konzentriert, wie Raumschiffe und Schutzausrüstungen für Weltraumreisende verbessert werden können, um diese starke Strahlung abzuwehren.
Jetzt haben Forscher der University of California in San Francisco - angeführt von Susanna Rosi - begonnen, eine Behandlung zu entwickeln, die die durch kosmische Strahlung ausgelöste Neurodegeneration ausgleichen könnte.
Die Ergebnisse ihrer Experimente, die sie an Mausmodellen durchgeführt haben, werden jetzt in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.
"Kosmische Strahlung kann das Gehirn langfristig beeinflussen"
Frühere Untersuchungen von Rosi und seinem Team ergaben, dass die Fähigkeit von Mäusen, zwischen bekannten und unbekannten Objekten zu unterscheiden, beeinträchtigt war, nachdem Mäuse einer Strahlung ausgesetzt worden waren, die in etwa der von menschlichen Astronauten während einer Weltraummission möglicherweise entspricht.
Wenn Mäuse mit zwei Objekten konfrontiert werden - einem, das ihnen neu und unbekannt ist, und einem, das sie zuvor erforscht haben - verbringen sie normalerweise mehr Zeit damit, sich mit dem neuen Objekt vertraut zu machen.
Die Tiere, die der Strahlung ausgesetzt waren, verbrachten jedoch in der Regel die gleiche Zeit damit, beide Objekte zu erkunden, was den Forschern nahe legte, dass die Mäuse vergessen hatten, dass sie bereits einem der beiden ausgesetzt waren.
Andere Symptome, die die Mäuse zeigten, waren Probleme mit sozialen Interaktionen und ein Gefühl erhöhter Angst. Rosi und das Team stellen fest, dass dies wahrscheinlich auf die Wirkung der starken Strahlung auf die Mikroglia oder auf Nervenzellen im Gehirn und im Rückenmark zurückzuführen ist, die Teil des Immunmechanismus des Zentralnervensystems sind.
Wenn Mikroglia aktiviert werden, können sie Symptome verursachen - wie z. B. Gedächtnisstörungen -, die mit denen neurodegenerativer Erkrankungen übereinstimmen.
Dies ist teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass sie dazu getrieben werden, Synapsen zu zerstören, oder auf die Verbindungen zwischen Gehirnzellen, die es ihnen ermöglichen, Informationen zu übermitteln.
„Es gibt erste Hinweise darauf, dass die Exposition gegenüber Weltraumstrahlung die Gehirnfunktion langfristig beeinträchtigen könnte, aber meines Wissens hatte niemand mögliche Gegenmaßnahmen untersucht, die das Gehirn von Astronauten vor dieser Strahlenexposition schützen könnten. ”
Susanna Rosi
Neue Verbindung ist vielversprechend
In der neuen Studie haben Rosi und Kollegen mit Forschern der Loma Linda University in Kalifornien zusammengearbeitet, um eine Therapie zu finden, die den Auswirkungen von Strahlung auf das Gehirn entgegenwirken könnte.
Sie begannen mit einem ähnlichen Experiment an Mäusen, bei dem sie einer Strahlungsdosis ausgesetzt wurden, die derjenigen ähnelt, die einen Weltraumreisenden betreffen könnte.
Nach einer Woche erhielten die Mäuse entweder 15 Tage lang eine regelmäßige, kontrollierte Diät oder eine, die die Behandlung mit einer experimentellen Verbindung namens PLX5622 beinhaltete.
Die PLX5622-Diät wirkt durch Abbau der Mikroglia im Zentralnervensystem. In früheren Untersuchungen wurde gezeigt, dass die Behandlung mit PLX5622 die kognitive Funktion von Mäusen schützt, die als Form der Krebstherapie einer Schädelbestrahlung ausgesetzt sind. Rosi und sein Team orientierten sich an diesen Ergebnissen.
Die jüngsten Experimente lieferten auch ermutigende Ergebnisse. Zunächst stellten die Wissenschaftler fest, dass die Kontrolldiätmäuse innerhalb von 3 Monaten nach der ersten Bestrahlung, obwohl sie zunächst keine kognitiven Beeinträchtigungen aufwiesen, eine beeinträchtigte Erkennung neuartiger Objekte aufwiesen.
Die Mäuse, die eine PLX5622-Therapie erhalten hatten, zeigten jedoch keine solche Schädigung des Gedächtnisrückrufs.
Beim Vergleich der Gehirne von Mäusen aus jeder Gruppe zeigten die Forscher, dass diejenigen aus der Kontrollgruppe viele aktivierte Mikroglia aufwiesen und zahlreiche Synapsen verloren hatten, während diejenigen aus der PLX5622-Therapiegruppe gesund aussahen.
Warum ist das? Rosi und sein Team glauben, dass durch das Erzwingen der Beseitigung aktivierter Mikroglia durch das Zentralnervensystem neue, gesunde Nervenzellen ersetzt wurden, die es den Mäusen ermöglichten, ihre normale kognitive Funktion aufrechtzuerhalten.
"Dies ist ein wirklich guter Beweis, erstens, dass ein Neustart der Mikroglia des Gehirns die kognitive Funktion nach Strahlenexposition schützen kann, und zweitens, dass wir nicht unbedingt unmittelbar nach der Strahlenexposition behandeln müssen, damit das Medikament wirksam ist", erklärt Rosi.
Die Forscher sind jedoch nicht nur von dem Potenzial dieser experimentellen Therapie für Raumfahrer begeistert. Medikamente, die ähnliche Mechanismen wie PLX5622 nutzen, werden bereits in klinischen Studien zur Behandlung von Krebs getestet.
Dies bedeutet, dass sich solche Medikamente möglicherweise für eine größere Bandbreite von Problemen eignen, einschließlich kognitiver Beeinträchtigungen im Zuge der Krebsbehandlung.
"Die NASA ist sehr daran interessiert, Wege zu finden, um sowohl die Sicherheit der Astronauten als auch den Missionserfolg während der Raumfahrt zu gewährleisten", stellt die Co-Autorin der Studie, Karen Krukowski, fest
"Aber", fügt sie hinzu, "Astronauten sind eine kleine Population - es ist aufregend, dass diese Ergebnisse möglicherweise dazu beitragen können, viele andere Formen kognitiver Beeinträchtigung zu verhindern."
