Labelfreie Blutzelltrennung für die Gesundheitsüberwachung im Weltraum mithilfe eines tragbaren Blastzell‑Biochips

Warum ein Bluttest im Stil der Raumfahrt wichtig ist

Während Menschen längere Reisen zum Mond und zum Mars planen, wird es immer dringlicher, die Gesundheit von Astronauten fernab irdischer Krankenhäuser sicherzustellen. Ein besonderes Risiko ist Blutkrebs, insbesondere die akute myeloische Leukämie (AML), die durch intensive Strahlung im Weltraum ausgelöst werden kann. Dieser Artikel beschreibt ein kompaktes „Labor‑auf‑einem‑Chip“, das Blutzellen schnell ohne sperrige Geräte oder spezielle Farbstoffe sortieren kann und so einen Weg zu einfachen, Echtzeit‑Blutkontrollen an Bord von Raumfahrzeugen und in abgelegenen Kliniken auf der Erde eröffnet.

Eine winzige Spirale, die Blut sortiert

Im Zentrum der Studie steht ein handflächengroßer Kunststoffchip, der mit einem spiralförmigen Kanal versehen ist, der dünner als ein menschliches Haar ist. Wird eine kleine Blutmenge durch diese Spirale gepresst, erzeugt die strömende Flüssigkeit sanfte Kräfte, die unterschiedliche Zellen je nach Größe und Steifigkeit in verschiedene Bahnen lenken. Rote Blutkörperchen, gewöhnliche weiße Blutkörperchen und größere abnorme Zellen „wählen“ beim Durchströmen der Kurven unterschiedliche Stromlinien. Im Gegensatz zu gängigen Krankenhausgeräten, die auf fluoreszierende Marker und komplexe Optik angewiesen sind, funktioniert dieser Chip ohne zusätzliche Chemikalien, wodurch er einfacher, günstiger und leichter zu automatisieren ist.

Für raue und abgelegene Umgebungen gebaut

Traditionelle Technologien wie die fluorescence‑aktivierte Zellsortierung (FACS) sind leistungsstark, aber groß, energieintensiv und benötigen Fachpersonal. Das ist auf einer Raumstation, einer Mondbasis oder in kleinen Feldkliniken unpraktisch. Spiral‑Mikrofluidikchips sind dagegen kompakt, verbrauchen wenig Energie und benötigen nur winzige Blut‑ und Reagenzienvolumina. Sie sind gut geeignet für die Anforderungen von Mikrogravitation und beengten Raumfahrzeugkabinen. Dieselben Eigenschaften machen sie auch für ländliche Kliniken und Notfallsituationen auf der Erde attraktiv, wo der Zugang zu voll ausgestatteten Laboren begrenzt ist, schnelle und verlässliche Diagnostik aber dennoch entscheidend bleibt.

Den Chip auf die Probe stellen

Die Forschenden setzten einen handelsüblichen Spiralchip, der ursprünglich zur Trennung allgemeiner Partikel entwickelt wurde, um und zeigten, dass er reale Blut­zellen sauber trennen kann. Mit einer Ausführung von neun Spiralwindungen und sechs Auslässen führten sie zunächst Blut von gesunden Spendern durch. Kleinere, flexible rote Blutkörperchen drifteten zu den weiter vom Einlass entfernten Ausgängen, während größere weiße Blutkörperchen durch näher gelegene Ausgänge austraten. Der Chip fing mehr als 90 % der weißen Zellen im vorgesehenen Auslass und über 80 % der roten Zellen in einem anderen auf, und das bei einer moderaten Flussrate, die die Zellintegrität bewahrte. Damit bestätigte sich, dass die größenbasierte Trennung zuverlässig ohne Färbung oder aufwändige Vorbereitung funktionierte.

Leukämiezellen in einem Tropfen Blut aufspüren

Das Team ging dann zu einer härteren Prüfung über: Blut von Patientinnen und Patienten mit akuter myeloischer Leukämie, das viele große, abnorme „Blastzellen“ enthält. In Proben, die von Blasten dominiert wurden, konzentrierte der Chip diese pathologischen Zellen hauptsächlich in einem Auslass und erreichte eine Trenn‑Effizienz von etwa 83 %, vergleichbar mit dem Ertrag hochentwickelter FACS‑Instrumente. Gesunde Lymphozyten, die kleiner sind, verteilten sich gleichmäßiger über die Auslässe, was zeigt, dass das Gerät die gefährlichen Zellen anreichern kann, während normale Zellen weniger gestört bleiben. Computersimulationen der Strömung und Partikelbahnen stimmten eng mit den experimentellen Ergebnissen überein und wichen um weniger als 1 % ab, was das Vertrauen stärkt, dass die zugrunde liegende Physik gut verstanden und vorhersagbar ist.

Vom Labortisch zum Raumschiff

Um den Ansatz wirklich weltraumtauglich zu machen, skizzieren die Autorinnen und Autoren nächste Schritte: Verkleinerung und Automatisierung der Pumpen, Integration intelligenter Sensoren zur direkten Analyse der sortierten Zellen auf dem Chip und Tests der Leistung in tatsächlicher Mikrogravitation. Selbst in der jetzigen Form zeigt die Arbeit, dass ein relativ einfacher Spiralkanal gesunde von kranken Zellen schnell und ohne Marker trennen kann. Für Nicht‑Spezialisten ist die Kernbotschaft, dass anspruchsvolle, krebsbezogene Bluttests künftig von einem Einwegchip statt von einem ganzen Raum voller Geräte kommen könnten, sodass Astronauten — und Menschen in abgelegenen oder ressourcenarmen Regionen — ihre Blutwerte häufiger überwachen lassen können, gefährliche Veränderungen früh entdecken und die Chancen auf rechtzeitige Behandlung verbessern.

Zitation: Mugnano, M., Cerbone, V., Villone, M.M. et al. Label-free blood cell separation for space health monitoring using a portable blast cell biochip. npj Microgravity 12, 17 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00561-9

Schlüsselwörter: mikrofluidischer Blutchip, Astronautengesundheit, akute myeloische Leukämie, Zelltrennung, Weltraumstrahlung