BIOLOGISCHE GRUNDLAGEN

Experimente im Bereich der Gravitationsbiologie zeigen, dass das Zellwachstum, der Stoffwechsel und der inter- und intrazellulare Signaltransport von der Größe der Schwerkraft abhängig sind - so etwa der rasche Knochenabbau, die deutlich veränderten Wachstumsraten von Zellen sowie die Reaktion von schwerkraftwahrnehmenden Zellen unter Schwerelosigkeit. Um diese Phänomene aufgrund von Vorgängen auf molekularer Ebene erklären zu können, werden Modelle entwickelt, die durch gezielte Experimente unter Mikrogravitation überprüft werden können. Vermutet wird, dass die Schwerkraft einen Einfluss auf die Organisation von bestimmten Protein-Molekülen des Zytoskeletts (Aktin, Tubulin) in der Zelle hat, die wiederum verantwortlich sind für die Signalübertragung und Steuerung wichtiger Zellfunktionen. Auch könnte die Schwerkraft und die Konvektion die Aggregation einzelner Zellen und den Austausch zwischen den Zellen in bestimmten Systemen beeinflussen.

Eine bereits früh erkannte Möglichkeit für industrielle Forschung besteht in der Trennung und Reinigung biologischer Moleküle unter Schwerelosigkeit. Hochrechnungen aufgrund von Experimentergebnissen zur Free-Flow-Elektrophorese ließen eine Steigerung der Durchsatzrate um einen Faktor von mehr als Hundert bei gleichzeitiger Erhöhung der Trennschärfe erwarten.

Das ungestörte Wachstum von dreidimensionalen Zellaggregaten in der Schwerelosigkeit könnte durch in-vitro Untersuchungen als ein Schlüssel zum Verständnis bei der Vermehrung von Tumorzellen und zur Bekämpfung von Krebs beitragen. Die Forschung unter Mikrogravitation könnte zur Krebsentstehung und ähnlichem Aufklärungsarbeit leisten und zur Überprüfung der Wirksamkeit entsprechender Therapeutika genutzt werden.

Das Studium spezifischer biologischer Vorgänge könnte darüber hinaus zu besseren Erkenntnissen von Krankheiten und deren Abwehrmaßnahmen beitragen und so die Entwicklung neuartiger Therapien auf der Erde ermöglichen. Ein Beispiel ist die Aufklärung der Faktoren, die zu Osteoporose führen, sowie die Überprüfung von Maßnahmen, die sie verhindern.

Im Bereich der Züchtungsforschung könnten Experimente durchgeführt werden, die den Einfluss der Mikrogravitation auf die Selektion von Chromosomen bestimmter Pflanzen untersucht. Die Aufklärung der Bedingungen, unter denen sich vorwiegend männliche Chromosomen bilden, können beispielsweise zu wirtschaftlichen Zwecken bei der Züchtung von Spargel genutzt werden.

Ganz andere Anwendungen sind aufgrund der besseren Erkenntnis über Vorgänge bei der Biomineralisation (dem Aufbau von Knochen) denkbar. Ein bisher ungelöstes Problem ist der Einbau von dauerhaften Implantaten in den menschlichen Körper (Hüftgelenke, Zähne), weitere Anwendungen sind im Bereich des neuen Forschungsgebietes "Biomimetische Werkstoffe" zum Beispiel für adaptive Materialien denkbar.
 
Nutzungsbeispiele Potenziale für industrielle Anwendungen:

• Biomineralisation
• Aufklärung der Entstehung von Krebs u.ä.
• Bioreaktor zur Züchtung von Primären Zellen
• Studien von Krankheiten und deren Abwehrmaßnahmen
• Einfluss von Urodilation auf den menschlichen Flüssigkeitshaushalt
• Diagnose und Therapie von Osteoporose-Erkrankungen
• Nicht-invasives Monitoring der Lungenfunktion
• Ordnungsstrukturen, Cluster
• Selbstorganisation
• Molekulare Schalter