32 research outputs found
Layered Solutions for Living Systems: Additive Manufacturing in Space Biology Hardware
No full textIn the face of extended human presence in space, understanding the biological impact of microgravity and cosmic radiation is essential. To address this, we at the Aeromedical FabLab (German Aerospace Center, DLR) develop modular, flight-proven hardware that bridges complex biological demands with practical aerospace constraints.
This work presents a layered approach to hardware development, leveraging additive manufacturing (AM) as a key enabler for rapid iteration, modularity, and cost-effective customization. Using standard FDM and SLA 3D printing methods, we fabricate sterilizable, biocompatible reaction chambers, clinostats for simulated microgravity, parabolic flight racks, and robust payload modules for sounding rockets.
By combining simple, open designs with agile prototyping, we achieve high adaptability — essential in a field where biological questions evolve faster than conventional hardware cycles allow. We demonstrate this flexibility through real-world case studies, including the MiniFix and ROMS payloads, highlighting how AM enables last-minute modifications, mission-specific optimizations, and even sustainability through compostable materials.
This work argues that additive manufacturing democratizes access to complex space biology hardware: no cleanrooms, no heavy infrastructure, but rapid, precise, and mission-proven results. Ultimately, we show how AM shortens the distance between idea and flight, providing a robust toolset to safeguard life where it was never meant to exist — and to push the frontiers of human exploration, one printed layer at a time
Ad Iambum Ut Carolum Pererium V. Cl. admoneat Fabulam iamdudum promissam in lucem edere
No full textHere is a strange little eight-page pamphlet that seems to be a dialogue between two fabulists, Carolus Pererius and Joannes Comirius, S.J. At first there is an introduction and then a fable, Mus, Feles, & Muscipula, that is, The Mouse, the Cat, and the Mousetrap. Pererius responds in an iamb, which is followed by an address to Comirius, followed by another fable, Leo Aeger, Vulpes & Lupus, that is, The Sick Lion, the Fox, and the Wolf. Burrowing into the medieval Latin verse here will have to wait for another day!Language note: LatinCarolus Pererius, Joannes Comiriu
Die Etablierung der Neuroblastomzelllinie SY5Y als Modellsystem zur Abschätzung strahleninduzierter Schäden neuronaler Zellen bei einer bemannten Marsmission
No full textDie kosmische Strahlung ist der größte Risikofaktor für die bemannte Raumfahrt, insbesondere
für Langzeitmissionen wie die Reise zum Mars. Die kosmische Strahlung ist in sich inhomogen
und setzt sich aus verschiedensten Komponenten und Strahlenqualitäten zusammen. Eine
Vorhersage von Hoch-Dosis-Ereignissen wie Sonnenstürmen ist schwierig bis unmöglich. Eine
ausreichende Abschirmung ist derzeit technisch nicht umsetzbar und beim heutigen Stand der
Entwicklung sogar kontraproduktiv. Daher muss das Verständnis der Wirkung ionisierender
Strahlung auf den Menschen und insbesondere auf das nur wenig erforschte Gehirn vertieft
werden.
In dieser Arbeit wird die Neuroblastomzelllinie SY5Y als mögliches Modellsystem für die
Auswirkungen ionisierender Strahlung auf das menschliche Gehirn untersucht sowie zell- und
strahlenbiologisch etabliert
From Lab to Launchpad: A Modular Transport Incubator for Controlled Thermal and Power Conditions of Spaceflight Payloads
No full textMaintaining physiologically controlled conditions during the transport of biological experiments remains a long-standing but under-addressed challenge in spaceflight operations. Pre-launch thermal or mechanical stress induce artefacts that compromise the interpretation of biological responses to space conditions. Existing transport systems are limited to basic heating of small sample containers and lack the capability to power and protect full experimental hardware during mission-critical phases. A modular transport incubator was developed and validated that combines active thermal regulation, battery-buffered power management, and mechanical protection in a compact, field-deployable platform. It enables autonomous environmental conditioning of complex biological payloads and continuous operation of integrated scientific instruments during ground-based transport and recovery. Validation included controlled experiments under sub-zero ambient temperatures, demonstrating rapid warm-up, stable thermal regulation, and uninterrupted autonomous performance. A steady-state finite difference thermal model was experimentally validated across 21 boundary conditions, enabling predictive power requirement estimation for mission planning. Field deployments during multiple MAPHEUS® sounding rocket campaigns confirmed functional robustness under wind, snow, and airborne recovery scenarios. The system closes a critical infrastructure gap in spaceflight logistics. Its validated performance, modular architecture, and proven operational readiness establish it as an enabling platform for standardized, reproducible ground handling of biological payloads and experiment hardware
The apex MCC: Blueprint of an Open-Source, Secure, CCSDS-Compatible Ground Segment for Sounding Rockets, CubeSats, and Small Lander Missions
No full textThe operation of microgravity research missions, such as sounding rockets, CubeSats, and small landers, typically relies on proprietary mission control infrastructures, which limit reproducibility, portability, and interdisciplinary use. In this work, we present an open-source blueprint for a distributed ground-segment architecture designed to support telemetry, telecommand, and mission operations across institutional and geographic boundaries. The system integrates containerized services, broker bridging for publish–subscribe communication, CCSDS-compliant telemetry and telecommand handling, and secure virtual private networks with two-factor authentication. A modular mission control system based on Yamcs was extended with custom plug-ins for CRC verification, packet reassembly, and command sequencing. The platform was validated during the MAPHEUS-10 sounding rocket mission, where it enabled uninterrupted remote commanding between Sweden and Germany and achieved end-to-end command–response latencies of ~550 ms under flight conditions. To the best of our knowledge, this represents the first open-source ground-segment framework deployed in a space mission. By combining elements from computer science, aerospace engineering, and systems engineering, this work demonstrates how interdisciplinary integration enables resilient, reproducible, and portable mission operations. The blueprint offers a practical foundation for future interdisciplinary research missions, extending beyond sounding rockets to CubeSats, ISS experiments, and planetary landers. This study is part two of a three-part series describing the apex Mk.2/Mk.3 experiments, open-source ground segment, and service module simulator
Cell death bypass mechanisms in DNA damage response of mammalian cells after exposure with heavy ions relevant for Space radiation environment
No full textInduktion von neuronaler Regeneration durch Hypergravitation
No full textEinleitung:
Eine uneingeschränkte Funktion von neuronalen Zellen ist unerlässlich für jeden Aspekt des menschlichen Verhaltens. Wahrnehmung, Erinnerung, Lernen sowie jegliche Art von Bewegung sind grundsätzlich von der Aktivität unseres Nervensystems abhängig. Eine Ursache oder Konsequenz der meisten neurologischen Erkrankungen sind daher Veränderungen oder Störungen der synaptischen Aktivität.
Um wirksame Behandlungen von neurologischen Störungen zu entwickeln, müssen synaptische Signale wieder in das zuvor verletzte neuronale Netzwerk integriert werden. Besonders nach schweren Läsionen, wie z.B. nach Traumata und Rückenmarksverletzungen, sowie durch Beeinflussung von Tumorgewebe oder epileptischen Anfällen wird vermehrt Narbengewebe gebildet, welches die Regeneration von neuronalen Ausläufern und damit synaptischen Signalen in das verletzte Gewebe nahezu vollständig inhibiert. Diese Art von Verletzung kann daher zu irreparablen Schäden der mentalen oder physischen Leistungsfähigkeit von Patienten führen.
Fragestellung:
Wir streben an, den sehr ineffizienten Vorgang der neuronalen Regeneration nach Verletzungen von Nervengewebe durch die Exposition in Hypergravitation zu induzieren.
Unsere Hypothese ist, dass artifiziell erhöhte Schwerkraft eine potentiell sehr innovative und wirkungsvolle Methode darstellen könnte, um Komponenten des neuronalen Zytoskelettes zu stabilisieren, was weiterhin dazu führen sollte, dass die Projektionen der Nervenzellen der Inhibition des neuronalen Narbengewebes entgegenwirken und in gesteigertem Maße wachsen (regenerieren) können. Daher sollten die Ausläufer unter Einfluss von Hypergravitation viel ausgeprägter in der Lage sein auszuwachsen und sich anschließend neu in geschädigtes Gewebe zu integrieren.
Weiterhin soll die neuronale Entwicklung und Aktivität bei Exposition mit ionisierender Strahlung untersucht werden, um Strahlung als Risikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen z.B. in der bemannten Raumfahrt zu bewerten.
Methodik:
In der vorliegenden Studie werden primäre murine hippokampale Neuronen eingesetzt, welche ein nah-verwandtes Modell-System für humane Nervenzellen darstellen. Die neuronale Entwicklung unter dem Einfluss von Hypergravitation (2g) und Strahlenexposition wird bei allen Entwicklungsstadien im Vergleich zu Kontrollen (1g, unbestrahlt) untersucht, wie z.B. das Neuritenwachstum, die Polarisation, die Synaptogenese, sowie abschließend die Integration in ein maturiertes, funktionelles neuronales Netzwerk.
Ergebnisse:
Die Exposition von primären Neuronen an erhöhte Gravitation (2g) induzierte ein gesteigertes Auswachsen initialer Neuriten (ca. 30%), sowie ein erhöhtes Neuriten-Wachstum (Elongation) (ca. 20%) im Vergleich zu Kontrollen bei 1g. In späteren Entwicklungsstadien wurden trotz potentiellen Veränderungen des neuronalen Zytokslettes maturierte synaptische Kontakte ausgebildet. Weiterhin wurden primäre Astrozyten (Glia-Zellen, die neuronales Narbengewebe nach Verletzungen bilden) durch Hypergravitation in ihrem Wachstum und ihrer Ausbreitung (Narbenbildung) gehemmt. Diese Beobachtungen sind in großer Übereinstimmung mit einem stabilisierten Tubulin- und einem destabilisierten Aktin-Zytoskelett.
Schlussfolgerungen:
Unsere Ergebnisse belegen, dass neuronale Regeneration durch den Einfluss von Hypergravitation in primären Neuronen induziert und das Wachstum von primären Astrozyten (Glia-Zellen) durch die Kultivierung unter Hypergravitationsbedingungen gehemmt wird. Dieser Ansatz kann für weitere Studien angewandt werden, um die grundlegenden Mechanismen aufzuklären und die Effizienz neuronaler Regenerationsprozesse steigern zu können
Validation of biological recognition elements for signal transduction as first step in the development of whole cell biosensors
No full textChoosing the proper combination of receptor element, cell type and measurable signal requires major consideration for developing cell-based biosensors. In order to use physiologically relevant cellular responses towards (geno)toxic conditions, information on the mechanism of action and of the expected outcome of exposure needs to be considered
Assessing Changes in neuronal Activity in vitro under modified Gravity Conditions: A multi-modal Approach to elucidate Mechanisms unraveling the Effects of mechanical Unloading on the cellular Basis
No full textNF-κB ACTIVATION AFTER HEAVY ION EXPOSURE: INCREASING THE SENSITIVITY OF THE REPORTER SYSTEM
No full textBiological effects of ionizing radiation are strongly influenced by the radiation quality. The
biological effectiveness of accelerated heavy ions (which constitute the biologically most important radiation type in space) with medium to high linear energy transfer (LET), for affecting
DNA damage response pathways as a gateway to cell death or survival, is of major concern for
space missions
