Die Raumfahrt in den Tiefen des Weltalls birgt erhebliche Risiken durch Strahlenexposition. Diese kann Astronauten entweder unmittelbar oder langfristig durch Krebserkrankungen gefährden. Forscher der Oklahoma State University und der University of Texas Health Science Center haben in einer neuen Studie untersucht, wie genau diese Strahlung wirkt und welche Gegenmaßnahmen möglich sind.
Gefahren durch galaktische kosmische Strahlung
Eine der Hauptursachen für Krebs bei Astronauten und sogar bei Flugpersonal ist die galaktische kosmische Strahlung (GCR). Diese besteht aus hochenergetischen Atomkernen, die durch Supernova-Explosionen beschleunigt werden. Auf der Erde schützt die Atmosphäre vor dieser Strahlung, doch im Weltraum sind Astronauten ihr ungeschützt ausgesetzt.
Besonders gefährlich sind sogenannte HZE-Ionen, wie Eisenkerne (Fe-56). Diese Ionen können DNA-Stränge durchtrennen und Krebs verursachen. Obwohl sie relativ selten auftreten, zeigen Berechnungen, dass bei einer dreijährigen Marsmission etwa 3% der Zellen eines Astronauten direkt von einem Eisenion getroffen würden. Dies führt jedoch zu einem sogenannten Strahlungs-induzierten Bystander-Effekt, bei dem auch nicht direkt betroffene Zellen geschädigt werden.
Biologische Mechanismen und Gegenmaßnahmen
Um diesen Effekt zu untersuchen, setzten die Forscher menschliche Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden, Eisenionenstrahlen aus. Dabei wurde festgestellt, dass die getroffenen Zellen nicht einfach absterben oder sich reparieren, sondern eine Entzündungskaskade auslösen. Dies geschieht durch die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB und die Produktion des Entzündungsbotenstoffs TNF-α.
Der TNF-α-Botenstoff beeinflusst auch benachbarte Zellen, selbst wenn diese nicht direkt bestrahlt wurden. In Experimenten zeigte sich, dass diese Zellen vermehrt DNA-Schäden aufwiesen und krebsartige Veränderungen entwickelten. Diese Effekte wurden auch bei Astronauten der SpaceX Inspiration4-Mission nachgewiesen, bei denen erhöhte TNF-α-Werte und Aktivitäten von Anti-Tod-Genen festgestellt wurden.
Die Forscher konnten jedoch einen Weg finden, diese Kaskade zu unterbrechen. Durch die Hemmung des TNF-α-Rezeptors und die Blockade von NF-κB konnten die krebsartigen Veränderungen verhindert werden. Kombiniert mit fortschrittlichen Abschirmtechniken wie Wasserwänden und wasserstoffreichen Polymeren könnte dies das Krebsrisiko für zukünftige Raumfahrer erheblich reduzieren.
- Natarajan Aravindan et al, Space Radiation Sparks Hidden Cancer Risks: The Bystander Effect Unveiled, Space: Science & Technology