Die Arbeitsgruppe „Bioreaktoren und Angewandte Mikrogravitationsforschung“ arbeitet an zwei Forschungsschwerpunkten: Zum einen befasst sie sich mit der Entwicklung und Durchführung von Experimenten und Hardware für die Internationale Raumstation, Höhenforschungsraketen und Parabelflügen. Zum anderen stehen Bioreaktoren, welche zur Simulation von Mikrogravitation auf der Erde entwickelt wurden, im Fokus.

Allgemein

Im Vordergrund steht, die Mikrogravitation als physikalischer Stressor für Zellen für die Forschung nutzbar zu machen. Dies gelingt einerseits durch dedizierte Experimententwicklung und Hardwareentwicklung von Simulationsanlagen. Zum anderen durch die Verwendung von Flughardware während realer Schwerelosigkeit.

Simulationsanlagen

Da die Möglichkeit, reale Schwerelosigkeit, regelmäßig als Stressor verwenden zu können gering ist (hohe Kosten, geringe Fallzahl, wenige Wiederholungsmöglichkeiten), sind Simulationsanlagen (Bioreaktoren) essentiell. Sie werden verwendet um Experimente für die reale Mikrogravitation zu validieren und können praktisch durchgehend hohe Fallzahlen generieren. Zudem ermöglichen sie die Kultivierung von Zellen im dreidimensionalen Raum (siehe hierzu AG Tissue Engineering und AG Umweltzellbiologie). Das Prinzip aller Simulationsanlagen ist wie folgt: Partikel von ausreichend kleiner Größe, in unserem Fall Zellen, werden in Rotation gebracht, welche ausreichend schnell ist um den Partikel in eine Kreisbahn zu zwingen. Damit wird ein dauerhafter freier Fall generiert. Verwendet werden unterschiedliche Simulationsanlagen: 2D-Simulationsanlagen, welche die Probe um eine Rotationsachse drehen wie zum Beispiel die Rotating Wall Vessel (NASA) oder der Fast Rotating Clinostat (DLR). 3D-Simulationsanalagen werden um zwei Rotationsachsen bewegt. Hier kommt die Random Positioning Machine (Airbus) zum Einsatz.

Reale Schwerelosigkeit

Untersuchungen unter realer Schwerelosigkeit kann auf unterschiedlichen Plattformen durchgeführt werden. Diese Plattformen unterscheiden sich grob in der Dauer der Schwerelosigkeitsphase. Sie reicht von Sekunden im Fallturm und Parabelflügen, über Minuten auf Höhenforschungsraketen und Tage bis Wochen auf Satelliten und der Internationalen Raumstation. Welche Plattform die richtige Wahl ist, kommt auf die Fragestellung und die Durchführbarkeit des Experimentes an. Auch die verwendete Hardware muss auf die Plattform und die Dauer des Experimentes angepasst werden. Während der Wissenschaftler auf Parabelflügen die Experimente selber durchführen kann, wird auf den anderen Plattformen meist ein semi- oder vollautomatischer Experimentaufbau benötigt.