Mondstaub: Forscher entdecken mögliches Risiko für die Bronchien

Mondstaub ist kein weiches Pulver. Seine Körner sind scharfkantig, grob und chemisch anders zusammengesetzt als gewöhnlicher Staub auf der Erde. Bei den Apollo-Missionen haftete das Material an Raumanzügen, gelangte in die Mondfähren und reizte Augen, Nase und Hals der Astronauten. Für längere Aufenthalte auf dem Mond wird deshalb entscheidend, wie stark dieser Staub die Atemwege belastet.

Eine Arbeitsgruppe unter Beteiligung der Universitätsmedizin Magdeburg hat die Wirkung von Mondstaub nun an einem 3D-Modell menschlicher Bronchien untersucht. Das künstliche Gewebe produziert Schleim, besitzt schlagende Flimmerhärchen und bildet eine schützende Zellbarriere. Im Versuch bremste ein Mondstaub-Ersatzstoff die Selbstreinigung der Atemwege deutlich stärker als PM10-Feinstaub.

Wie Mondstaub die Selbstreinigung der Bronchien stört

Die Bronchien halten sich normalerweise selbst sauber. Schleim bindet eingeatmete Partikel, winzige Flimmerhärchen bewegen diese Fracht nach oben aus den Atemwegen heraus. Diese sogenannte mukoziliäre Reinigung gehört zu den wichtigsten Abwehrmechanismen der Lunge. Gerät sie aus dem Rhythmus, können Fremdstoffe länger in den Atemwegen bleiben.

Im unbelasteten Modell schlugen die Flimmerhärchen im Schnitt mit 10,17 Hertz, also etwa zehnmal pro Sekunde. Nach 72 Stunden Kontakt mit dem Mondstaub-Simulat sank die Frequenz auf 7,18 Hertz. Beim Vergleichsstaub PM10 gab es nach 4 und 24 Stunden keinen signifikanten Rückgang. „Der Mond-Regolith-Simulator beeinträchtigte die Effizienz der mukoziliären Reinigung stärker als PM10“, schreiben die Autoren.

Warum der Staub vom Mond so anders reagiert

Das verwendete Simulat JSC-1 besteht zu einem großen Teil aus glasreicher Basaltasche und soll den lockeren Regolith der Mondoberfläche nachahmen. Im Labor sank das Material in einer Flüssigkeit innerhalb von 1 bis 2 Minuten ab. Der PM10-Vergleichsstaub brauchte dagegen 5 bis 7 Minuten.

Diese Unterschiede können beeinflussen, wie lange und wie intensiv Partikel mit Schleim und Flimmerhärchen in Kontakt kommen. Schon nach 4 Stunden bildete das Atemwegsmodell mehr Schleim. Nach 24 und 72 Stunden fanden die Forscher kleine Zysten in der Zellschicht, die sie als Zeichen von Stress im Gewebe deuten. Das passt zu den Berichten der Apollo-Astronauten über gereizte Schleimhäute nach dem Kontakt mit Mondstaub.

Das an der Universitätsmedizin Magdeburg entwickelte bioartifizielle Atemwegsmodell bildet wichtige Schutzfunktionen der menschlichen Bronchien realitätsnah nach. Mithilfe des Modells untersuchten die Forschenden, wie simulierter Mondstaub die Schleimproduktion, die Bewegung der Flimmerhärchen und die Barrierefunktion der Atemwege beeinflusst. © Markus Krüger / Universitätsmedizin Magdeburg — SMART UP NEWS Das an der Universitätsmedizin Magdeburg entwickelte bioartifizielle Atemwegsmodell bildet wichtige Schutzfunktionen der menschlichen Bronchien realitätsnah nach. Mithilfe des Modells untersuchten die Wissenschaftler, wie simulierter Mondstaub die Schleimproduktion, die Bewegung der Flimmerhärchen und die Barrierefunktion der Atemwege beeinflusst. © Markus Krüger / Universitätsmedizin Magdeburg

Mondstaub schwächt die Schutzbarriere der Atemwege

Neben der Selbstreinigung reagierte auch die Barriere der Bronchien. Diese Zellschicht soll verhindern, dass eingeatmete Stoffe zu leicht ins Gewebe vordringen. Die Forscher maßen dafür unter anderem den elektrischen Widerstand der Zellschicht. Bei Kontakt mit Mondstaub sank dieser Wert nach 24 Stunden signifikant. Auch PM10 veränderte bestimmte Zellverbindungen.

Das Gewebe wurde dennoch nicht komplett durchlässig. Größere Moleküle kamen im Test nicht durch die Barriere. Das spricht für eine frühe Störung der Zellkontakte, nicht für einen vollständigen Zusammenbruch des Schutzes. Für die Raumfahrt ist der Unterschied wichtig, weil vorläufige Belastungsgrenzen für Mondmissionen noch stark auf Erkenntnissen über Staub auf der Erde beruhen. Für sechs Monate auf dem Mond liegen solche Werte bei 0,5 bis 1 Milligramm pro Kubikmeter.

Proteine liefern Hinweise auf Gewebeumbau

Auffällig fiel auch die Proteinanalyse aus. Auf der Oberfläche des Atemwegsmodells fanden die Forscher nach Kontakt mit dem Mondstaub-Simulat 71 Proteine. Nach PM10-Belastung waren es 51, im unbelasteten Modell 57. Elf Proteine traten nur nach dem Kontakt mit dem Mondstaub-Ersatzstoff auf. Bei PM10 gab es kein exklusives Proteinmuster dieser Art.

Die wichtigsten Befunde lassen sich so zusammenfassen:

Mondstaub bremste die Flimmerhärchen im Modell stärker als PM10.
Das Simulat löste früh mehr Schleimbildung aus.
Die Zellbarriere reagierte messbar, blieb aber für größere Moleküle dicht.
Einige Proteinmuster passten zu Prozessen, die mit Gewebeumbau verbunden sind.

Solche Umbauprozesse kennt die Medizin etwa aus chronischen Atemwegserkrankungen. Daraus folgt aber keine direkte Krankheitsdiagnose. Die Daten stammen aus einem Laborversuch mit menschlichen Zellen, nicht aus Langzeitdaten von Astronauten. Zudem fehlten Immunzellen wie Makrophagen, die in einer echten Lunge Entzündungen stark mitprägen.

Echte Mondproben müssen noch folgen

Die Arbeit hat eine weitere Einschränkung: Das Team arbeitete nicht mit echtem Mondstaub, sondern mit einem Ersatzmaterial. Echtes Mondmaterial kann durch Strahlung, Mikrometeoriten und Weltraumverwitterung anders reagieren. Auch nanometallisches Eisen, das auf der Mondoberfläche entsteht, kommt in irdischen Mineralen so nicht vor. Die Autoren halten daher stärkere Effekte mit echten Proben für möglich.

Trotzdem bietet das Modell einen praktischen Nutzen über die Raumfahrt hinaus. Es könnte auch helfen, Risiken durch Vulkanasche, Industriepartikel oder Luftverschmutzung besser zu prüfen. „Unser Atemwegsmodell eröffnet die Möglichkeit, Gesundheitsrisiken durch verschiedene Staubarten genauer zu untersuchen und dabei zugleich den Einsatz von Versuchstieren zu reduzieren“, sagt Prof. Thorsten Walles. Für künftige Missionen formulieren die Autoren die Lage nüchtern: „Die Gesundheitsrisiken durch Mondstaub sind keine spekulative Sorge mehr, sondern eine operative Notwendigkeit.“

Kurz zusammengefasst:

Mondstaub kann die Selbstreinigung der Atemwege stören, weil er in einem 3D-Modell menschlicher Bronchien die Flimmerhärchen deutlich verlangsamte.
Der simulierte Mondstaub wirkte dabei anders und teils stärker als Feinstaub der Klasse PM10, unter anderem bei Schleimbildung, Zellbarriere und Proteinmustern.
Die Ergebnisse stammen aus einem Laborversuch mit Mondstaub-Ersatzmaterial. Für künftige Mondmissionen braucht es daher weitere Tests mit echtem Mondstaub und längeren Belastungszeiten.

Übrigens: Während Forscher Mondstaub als Risiko für die Lunge untersuchen, will China ihn zum Baumaterial machen. Aus echtem Mondboden entstehen bereits Fasern für künftige Mondstationen. Mehr dazu in unserem Artikel.