Y-Space ist ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt der Ernst-Abbe-Hochschule Jena unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Frank Engelmann (Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen) in Kooperation mit dem UZH Space Hub der Universität Zürich. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer mobilen UAV-Trägerplattform zur Erzeugung echter Mikrogravitation für biomedizinische und materialwissenschaftliche Experimente.
Hintergrund: Organoide aus dem Weltraum
Im Zentrum der wissenschaftlichen Anwendung steht die Züchtung dreidimensionaler menschlicher Gewebestrukturen, sogenannter Organoide, aus Stammzellen. Unter terrestrischen Bedingungen ist deren Wachstum nur mithilfe künstlicher Gerüststrukturen möglich, die das Eigenwachstum stützen, gleichzeitig aber auch beeinflussen. In Schwerelosigkeit hingegen ordnen sich die Zellen selbständig zu funktionalen 3D-Strukturen an. Bereits erfolgreich gezüchtet wurden auf diese Weise Leber-, Knochen- und Knorpelgewebe.
Die Anwendungsfelder sind gesellschaftlich hoch relevant: Organoide können als Ersatz für Tierversuche in der Medikamentenentwicklung dienen, eröffnen neue Wege in der Transplantationsmedizin und ermöglichen patientenspezifische Therapien im Sinne einer personalisierten Medizin. Darüber hinaus liefern sie grundlegende Erkenntnisse darüber, wie menschliche Zellen, insbesondere Immunzellen, Muskel- und Skelettzellen sowie Stammzellen, auf veränderte Schwerkraftbedingungen reagieren. Die Erkenntnisse sind sowohl für die bemannte Raumfahrt als auch für die medizinische Forschung auf der Erde von Bedeutung.
Die etablierte Forschungskette und ihre Lücke
Bislang stehen für mikrogravitationsbezogene Experimente mehrere Plattformen zur Verfügung, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile aufweisen.
Der Klinostat als Bodenlabor simuliert Schwerelosigkeit durch kontinuierliche Rotation der Probe. Die Methode ist kostengünstig und ortsunabhängig, erzeugt jedoch keine echte Mikrogravitation. Zelluläre Reaktionen bleiben begrenzt aussagekräftig, da der zugrundeliegende physikalische Effekt nur näherungsweise reproduziert wird.
Parabelflüge, etwa mit dem Airbus A310 ZERO-G in Dübendorf, liefern erstmals belastbare Ergebnisse. Stammzellen zeigen unter diesen Bedingungen ein deutlich verändertes Verhalten, insbesondere ein gefördertes 3D-Wachstum. Allerdings sind Parabelflüge mit hohen Kosten, festen Standorten und langen Vorlaufzeiten verbunden, was ihre Verfügbarkeit für die akademische Forschung erheblich einschränkt.
Suborbitale Höhenforschungsraketen wie TEXUS oder MASER bieten etwa sechs Minuten echter Mikrogravitation und ermöglichen tiefergehende Zellanalysen, sind jedoch mit erheblichem logistischen und finanziellen Aufwand verbunden.
Missionen zur Internationalen Raumstation ISS schließlich erlauben Versuchszeiträume von mehreren Wochen. In Kooperation mit Airbus wurden seit 2020 rund 250 Stammzellproben über vier Wochen in 400 km Höhe inkubiert. Die Grundlagenforschung konnte damit erfolgreich abgeschlossen werden, die Kommerzialisierung steht in Vorbereitung.
Zwischen der einfachen, aber ungenauen Bodensimulation und dem ersten echten Flugexperiment im Parabelflug klafft jedoch eine methodische und infrastrukturelle Lücke. Es fehlt eine zugängliche, kostengünstige Plattform, die echte Mikrogravitation in einem für Hochschulen und kleine Forschungseinrichtungen handhabbaren Rahmen bereitstellt. Genau hier setzt Y-Space an.
Der technische Ansatz von Y-Space
Y-Space adressiert diese Lücke durch eine unbemannte Trägerplattform auf Basis eines UAV. Der Experimentträger wird während eines gezielten Parabelmanövers vom Trägerfluggerät entkoppelt. In der freien Fallphase werden Vibrationen des Antriebs vollständig eliminiert, sodass für die Nutzlast tatsächliche Mikrogravitationsbedingungen entstehen. Ein eigenes Bergungssystem stellt das sichere Landen des Experimentträgers sicher.
Die bisher erreichten Leistungsdaten umfassen rund fünf Sekunden bei unter 0,05 g, etwa acht Sekunden bei unter 0,1 g sowie etwa zehn Sekunden bei unter 0,2 g.
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