Mondstaub unter der Lupe: Künstliches Atemwegsmodell zeigt mögliche Risiken für künftige Mondmissionen

Ein interdisziplinäres Forschungsteam untersuchte die Auswirkungen von Mondstaub auf die menschliche Lunge. An dem Projekt war die Universitätsmedizin Magdeburg beteiligt. Die Forschenden entwickelten hierzu ein dreidimensionales Modell menschlicher Bronchien. Simulierter Mondstaub beeinträchtigte die natürlichen Reinigungsmechanismen der Atemwege deutlich stärker als irdischer Feinstaub.
Diese Ergebnisse sind für geplante langfristige Mondmissionen und zukünftige Mondbasen hochrelevant. Schon Astronauten der Apollo-Missionen berichteten nach Staubkontakt von heuschnupfenartigen Beschwerden. Bisher ist die genaue gesundheitliche Wirkung von Mondstaub jedoch nur unzureichend verstanden.

Physikochemische Besonderheiten und das 3D-Atemwegsmodell

Mondstaub unterscheidet sich stark von terrestrischem Staub. Seine Partikel besitzen scharfe Kanten, sind besonders grob und weisen eine spezifische Chemie auf. Für die Analysen wurde ein künstliches Modell der menschlichen Atemwege genutzt. Es besteht aus humanen Zellen auf einem biologischen Trägergerüst. Dieses Konstrukt bildet wesentliche Eigenschaften echter Bronchien nach. Dazu gehören die Schleimproduktion und der ziliäre Transport durch Flimmerhärchen. Das Team verglich ein etabliertes Mondstaub-Ersatzmaterial mit irdischem PM10-Feinstaub aus Verkehr und Industrie.

Beeinträchtigung der respiratorischen Barrierefunktion

Der simulierte Mondstaub löste bereits nach wenigen Stunden morphologische Veränderungen im Modell aus. Die Zellen bildeten zunächst vermehrt Schleim. Gleichzeitig ging die Beweglichkeit der Flimmerhärchen zurück. Nach 72 Stunden sank die Schlagfrequenz von 10 auf etwa 7 Schläge pro Sekunde. Dadurch verbleiben inhalierte Partikel potenziell länger in den Atemwegen. Zudem wurde die Stabilität der epithelialen Schutzbarriere messbar geschwächt. Die Forschenden detektierten Hinweise auf zelluläre Umbauprozesse, analog zu chronischen Atemwegserkrankungen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Mondstaub in den Atemwegen andere und teilweise stärkere Reaktionen auslösen kann als Feinstaub von der Erde“, sagt Dr. Marcus Krüger. „Das deutet darauf hin, dass Erkenntnisse aus der Feinstaubforschung nicht ohne Weiteres auf die Bedingungen auf dem Mond übertragen werden können.“

Technologische Innovationen für Raumfahrt- und Umweltanalytik

Das dreidimensionale Untersuchungsmodell wurde vom Forschungslabor der Abteilung Thoraxchirurgie in Magdeburg entwickelt. „Während viele frühere Arbeiten auf Tierversuchen oder zweidimensionalen Zellkulturen beruhten, bildet das Magdeburger 3D-Modell wichtige Funktionen menschlicher Atemwege deutlich realistischer nach. Schleimbildung, Flimmerhärchen und die Barrierefunktion des Gewebes können dadurch gleichzeitig untersucht werden – Funktionen, die in vielen bisherigen Labormodellen nur eingeschränkt darstellbar sind“, erklärt Dr. Cornelia Wiese-Rischke. Proteomanalysen zeigten zudem elf spezifische Proteine, die ausschließlich nach Mondstaubkontakt nachweisbar waren. Diese stehen vor allem mit Gewebeveränderungen und zellulären Verbindungen im Zusammenhang.

Limitationen und Validierung der Pilotstudie

Die Studie basiert auf unabhängigen Experimenten mit humanen Atemwegszellen in einem Zeitfenster von vier bis 72 Stunden. Die Forschenden definieren die Arbeit als Pilotstudie. Das Ersatzmaterial bildet die Eigenschaften von echtem Mondstaub nur teilweise ab. Originales Mondmaterial ist weltweit streng reglementiert und kaum verfügbar. Zudem fehlen dem Modell bislang relevante Immunzellen. Dennoch liefert die Arbeit wichtige Daten zur Festlegung zukünftiger Staubgrenzwerte in der Raumfahrt. Das Modell eignet sich zudem zur Untersuchung von Vulkanstaub oder Luftverschmutzung auf der Erde.

„Unser Atemwegsmodell eröffnet die Möglichkeit, Gesundheitsrisiken durch verschiedene Staubarten genauer zu untersuchen und dabei gleichzeitig den Einsatz von Versuchstieren zu reduzieren“, sagt Prof. Dr. Thorsten Walles. Zukünftige Studien sollen das Modell um weitere Zelltypen ergänzen, längere Expositionszeiten testen und echten Mondstaub analysieren.

Quelle

Universitätsmedizin Magdeburg (07/2026)