20 jaar menselijk onderzoek op het internationale ruimtestation

De wereld viert twee decennia aan een bemand internationaal ruimtestation, dus we blikken terug op 20 jaar Europees onderzoek in de ruimte – met natuurlijk een focus op menselijk onderzoek.

In november 2000 betrad de eerste mens de twee modules van het internationale ruimtestation en drie maanden later voerde ESA het eerste experiment uit.

ESA’s Research and Payloads programmacoördinator Jennifer Ngo-Anh legt uit wat de voordelen zijn van het onderzoek aan boord van het ruimtestation, “We doen doorgaans drie soorten experimenten, onderzoek dat niet op aarde kan worden gedaan, onderzoek om de gezondheid van astronauten te begrijpen en te verbeteren en onderzoek dat gezonde en fitte mensen naar nieuwe en stressvolle omgeving stuurt.”

“Zoals je in het onderstaande overzicht kunt zien, helpt dit onderzoek ons om verder te gaan in ons Zonnestelsel, maar met ruimtevaart als motor voor vindingrijkheid komt het de mensen op aarde ten goede met nieuwe kennis, technologie en technieken.”

Hieronder 20 van onze favoriete experimenten van de afgelopen 20 jaar op een rijtje:

• Brein-DTI
  Deze studie nam hersenscans van astronauten om 'plasticiteit' te meten of hoe snel hun hersenen zich aanpassen aan nieuwe invloeden. De geruststellende conclusie is dat de hersenen zich verrassend goed aanpassen, hoewel het onderzoek suggereert dat de effecten van het zweven in gewichtloosheid de hersenen voor altijd beïnvloeden.
• 42 is het antwoord
  De Biolab-faciliteit in Columbus werd gebruikt om de tijd te onderzoeken die zoogdierimuuncellen nodig hebben om zich aan te passen aan de microzwaartekracht: 42 seconden, toevallig de betekenis van het leven volgens Douglas Adams in The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy en het expeditienummer van het ruimtestation.
• Circadiaanse ritmes
  Dit experiment monitort de lichaamstemperatuur van astronauten om te leren over onze inwendige klok. Een nieuwe niet-invasieve thermometer werd ontwerpen en op de markt gebracht, waarvan de resultaten de onderzoekers verbaasden toen ze een aanhoudende stijging van de lichaamstemperatuur lieten zien.
• Endotheelcellen
  Onderzoek naar de cellen die onze bloedvaten omgeven, helpt ons te begrijpen hoe en waarom ze krimpen en uitzetten, en waarom ze op aarde minder goed functioneren op oudere leeftijd.

• Bloedvaten kweken
  Wat dacht je van het kweken van nieuwe bloedvaten in de ruimte? Dit experiment maakte gebruik van gewichtloosheid om te zien of we nieuwe driedimensionale organen kunnen kweken. Op aarde trekt de zwaartekracht de cellen naar beneden waardoor 3D-structuren moeilijker te bereiken zijn in het lab.
• Betere slaap
  Slaap is belangrijk, en zelfs belangrijker als je op het punt staat om twee ruimtevaartuigen op vele miljoenen kilometers afstand van de aarde aan te leggen. Hoe zorg je ervoor dat astronauten een goede nachtrust krijgen als de zon 16 keer per dag ondergaat terwijl ze rond de aarde draaien in het internationale ruimtestation? Mogelijke structuur, licht en chemische hulpmiddelen is het antwoord (tot nu toe), en deze bevindingen gelden ook voor jou op aarde.
• Vessel-ID
  Dit experiment is geen onderzoek naar mensen, maar heft heeft wel levens gered. De Vessel-ID global traffic monitoring receiver is buiten het Columbus-laboratorium getest en heeft een noodbaken van een vissersboot opgepikt; de zoek- en reddingsautoriteiten zijn vervolgens op de hoogte gebracht. Wat we van dit experiment hebben geleerd vliegt nu als een stand-alone satelliet.
• Gespannen immuunsystemen
  Het Immuno-experiment nam een holistische benadering voor het onderzoeken van stress door gebruik te maken van vragenlijsten, bloedmonsters en temperatuurmetingen van de astronauten. De bevindingen zijn dat het immuunsysteem in de war raakt. Uit noodzaak hebben de onderzoekers nieuwe manieren ontwikkeld om kleine hoeveelheden bloed te analyseren, om de reeds aanwezige voorraden van de astronauten niet te laten leeglopen. Nu worden de hardware en de gebruikte methoden gedeeld met de medische gemeenschap om de zorg voor risicovolle pasgeborenen, die nog minder bloed hebben voor de analyse, te ondersteunen.

• Osteoporose – zout is fout
  De botten van astronauten ondergaan versnelde osteoporose (poreus bot) tijdens de ruimtevlucht. Deze ziekte kost Europa jaarlijks ongeveer €25 miljard en treft typisch ouderen, met als gevolg broze en kwetsbare botten en gebroken heupen en armen als gevolg van een val. Uit onderzoek van astronauten in de ruimte is gebleken dat de zuurgraad in het lichaam het verlies van botten versnelt, en je unt de zuurgraad tegengaan door minder zout te eten of bicarbonaatpillen in te nemen al seen eenvoudige preventieve maatregel. Op aarde zal een studie tientallen jaren duren om resultaten te zien, maar de versnelde veroudering die bij astronauten wordt waargenomen, stelt onderzoekers in staat om ideeën te versnellen. 
• 3D-botscanner
  Om de bovenstaande studie in meer detail op te volgen, hadden de EDOS-1 en 2 experimenten betere medische scanners nodig om de fijnere structuur van de astronautenbotten te kunnen zien en creëerden ze precies dat. De Xtreme CT-scanner die ESA heeft helpen ontwikkelen kan de microscopische architectuur van de botten laten zien en hun kracht om astronautenbotten maar ook botten op aarde te monitoren
• Gist
  Een ander experiment in Biolab onderzocht giststammen die al eeuwenlang worden gebruikt voor het maken van brood en het brouwen van dranken. Het is niet onverwacht dat de gist in microzwaartekracht tekenen van stress vertoonde en problemen ondervond met het bouwen van celwanden. De cellen leidden hun energie af om zichzelf te herstellen en groeiden minder snel. Door de stamen te analyseren die beter presteerden in de microzwaartekracht, konden de onderzoekers genen identificeren die opnieuw konden worden gebruikt voor langere ruimtemissies. Ruimtegisten kunnen worden gekweekt voor toekomstige missies naar verre planeten – ruimtetaartje iemand?
• 5-LOX
  Het 5-LOX enzym reguleert de levensverwachting van menselijke cellen. De meeste menselijke cellen delen en regenereren, maar het aantal keren dat ze zich vermenigvuldigen is beperkt. Italiaanse onderzoekers wilden weten hoe dit enzym de gezondheid van astronauten in de ruimte beïnvloedt en ontdekten dat cellen in de ruimte vlogen meer  5-LOX activiteit vertoonden dan de gecentrifugeerde monsters, waardoor wetenschappers een doelenenzym kregen dat een rol zou kunnen spelen in de verzwakking van het immuunsystem. Het enzym kan worden geblokkeerd met bestaande geneesmiddelen, dus het gebruik van deze bevindingen om de gezondheid van de mens te verbeteren is een nabije realiteit. Wie weet welke levenslange pillen in de toekomst ontwikkeld zouden kunnen worden, allemaal dankzij een tweedaags ruimte-experiment.

• De sleutel vinden
  Een soortgelijk experiment bracht immuuncellen door kunstmatige zwaartekracht in de ruimte en toonde aan dat een specifieke zender in de cellen, genaamd de Rel/NF-kB-route, stopt met werken in gewichtloosheid. Uitzoeken welk gen wat doet is net als het uitzoeken welke sleutel past in een sleutelgat, zonder het sleutelgat gevonden te hebben; het bestuderen van cellen die op het internationale ruimtestation gevlogen hebben, zet de onderzoekers op het juiste pad om de sleutel te vinden tot hoe ons immuunsysteem werkt. De farmaceutische industrie zou ook de genen kunnen vinden die actief moeten zijn om specifieke ziekten te bestrijden en op maat gemaakte antilichamen op de markt te brengen.
• Laserogen
  Waar kijken astronauten in de ruimte? Een eenvoudige vraag voor de wetenschap, maar om die te beantwoorden moest het onderzoeksteam achter dit experiment te allen tijde de ogen van de astronauten volgen. Voor dit ruimteonderzoek is nieuwe hardware ontwikkeld en deze wordt nu in bijna alle laseroogoperaties op aarde aangetroffen, waarbij chirurgische precisie van groot belang is.
• Diagnose op afstand
  Een astronaut op afstand fit en gezond houden is de taak van de vluchtchirurg op aarde. Niet alle astronauten kunnen arts zijn, dus kleine, eenvoudig te gebruiken machines zijn nodig voor de diagnose maar ook voor onderzoek naar de menselijke gezondheid. Er zijn de afgelopen twee decennia grote stappen gezet in de richting van ultrasoundmachines, hartslagmonitoren, thermometers en het verzenden van de gegevens naar medische professionals die vele duizenden kilometers verderop werken. De Tempus Pro-machine is hiervan het hoogtepunt en kan overal op onze planeet even effectief worden gebruikt.
• Sterk blijven
  Sterke spieren zijn hard werken op aarde - en nog harder in de ruimte waar bepaalde spieren die gebruikt worden om te lopen of te zitten niet nodig zijn in gewichtloosheid, de "antizwaartekrachtsspieren". Studies hebben aangetoond dat astronauten tot 20% van hun spiermassa verliezen tijdens missies van korte duur, wat verontrustend is voor een astronaut die op het punt staat te landen op Mars na een vlucht van negen maanden. Het Muscle Biopsy-experiment onderzoekt hoe cellen communiceren (de zogenaamde signaalwegen). Onderzoekers vermoeden dat de celcommunicatie verbonden is met de zwaartekracht en dat de cellen minder communiceren in de ruimte. Het onderzoek is nog steeds aan de gang, maar het wetenschapsteam heeft al beelden van spierbiopsies die vergrote intramusculaire weefselruimtes laten zien na een vlucht, een eerste bevestiging van hun hypothese.

• Longgezondheid
  Hoe passen de longen zich aan de ruimtevaart aan? Deze Zweedse studie heeft astronauten in de luchtsluis van het ruimtestation geplaatst en lucht naar buiten gepompt om de druk te verminderen, met verrassende resultaten in de uitgeademde stikstofoxidenniveaus. Onderzoekers ontwikkelden een medicijn met een uniek selectief effect in de longcirculatie. Het medicijn verbreedt de bloedvaten en gaat levensbedreigende verhogingen van de lokale bloeddruk tegen. Op de maan en Mars kunnen astronautenlongen gemakkelijk geïrriteerd raken of ontstoken door stofdeeltjes omdat ze zich niet op de grond vestigen maar eindeloos circuleren.
• Ouderdom
  Onze hersenen veranderen voortdurend - zenuwen en verbindende cellen herschikken zich naar elke nieuwe ervaring, maar worden er op oudere leeftijd minder goed in. Wetenschappers hebben in de hoofden van de astronauten geluisterd naar het Neurospat-experiment om te begrijpen hoe zij zich aanpassen aan hun nieuwe omgeving en hebben nieuwe instrumenten ontwikkeld voor het testen van ruimtelijke waarnemingen die van grote waarde zullen zijn voor onze verouderde hersenen.

• Mensen zijn schoner dan gedacht
  Al twintig jaar wonen mensen in het gesloten internationale ruimtestation - zonder douche om zich te wassen. Er is geen plek op aarde waar onderzoekers kunnen onderzoeken hoe bacteriën zich ontwikkelen en leven in zo'n gesloten omgeving. Bezorgdheid over de ongebreidelde groei van bacteriën is hier altijd aanwezig, maar het blijkt dat het niet zo erg is, met zo'n 55 soorten bacteriën die een gezond evenwicht vinden rond het ruimtestation. Dit betekent niet dat er onderzoek wordt gedaan naar makkelijk te reinigen materialen die bacteriën in bedwang houden.
• Mix it up
  Deze reeks experimenten is gebaseerd op de fysica, maar door te kijken naar de manier waarop vloeistoffen zich op moleculair niveau mengen, wordt de houdbaarheid van de geneeskunde op aarde verbeterd. De SODI-experimenten nemen in wezen twee vloeistoffen samen in gewichtloosheid waar. Aangezien de twee vloeistoffen zich voortdurend vermengen en met elkaar interfereren, zijn de resultaten interessant voor bedrijven die geneesmiddelen op basis van antilichamen ontwikkelen waarvan bekend is dat ze onstabiele vloeistoffen zijn.

Dit is slechts een kleine selectie van de Europese experimenten die op het internationale ruimtestation worden uitgevoerd en die zich richten op menselijk onderzoek. Sinds de lancering van de eerste module zijn er ongeveer 400 ESA-onderzoeken uitgevoerd en nog eens duizenden worden geleid door de vier andere ruimtevaartorganisaties die samenwerken om het ruimtestation overeind te houden: NASA, Roscosmos in Rusland, JAXA in Japan en het Canadese ruimtevaartagentschap.

Met het ruimtestation dat nog vele jaren zal blijven draaien, is de toekomst rooskleurig voor het onderzoek in ons unieke laboratorium. “We hebben geluisterd naar onderzoekers en bedrijven en maken het ruimteonderzoek toegankelijker, bijvoorbeeld met bedrijven die diensten aanbieden voor het ontwerpen, bouwen, vliegen en uitvoeren van experimenten in één pakket,” zegt Jennifer.

“Onderzoek op het ruimtestation levert bijna altijd verrassende resultaten op, waardoor onze kennis van de wereld, de mensheid en de mensen op aarde wordt vergroot. We werken al 20 jaar aan de voorhoede van waar wetenschap en techniek elkaar ontmoeten, en ik kijk uit naar nog vele jaren van interessante experimenten en resultaten.”