Missie Mars: Hoe een hightech waterspons astronauten veilig naar de sterren brengt

De droom om voet op Mars te zetten komt dichterbij dan ooit. Met NASA's Artemis-programma en de revolutionaire Starship-raketten van SpaceX is de ruimtevaart booming business. Maar achter dit grensverleggende avontuur schuilt een onzichtbare vijand: kosmische straling.

Voor astronauten betekent een reis naar Mars niet alleen een technische overwinning, maar ook een loodzware fysieke strijd. Waar ruimtevaartorganisaties problemen zoals botontkalking en spierverlies door gewichtloosheid inmiddels redelijk onder controle hebben, ontbreekt er nog één cruciale reddingsboei: effectieve stralingsbescherming. Zonder adequate bescherming wordt het menselijk lichaam maandenlang gebombardeerd met destructieve stralingsdeeltjes en betalen astronauten een zware tol op het vlak van hun gezondheid.

In mijn masterproef werkte ik mee aan de zoektocht naar die ontbrekende schakel. Ik onderzocht hoe een hightech waterspons de toekomst van de bemande ruimtevaart weleens fundamenteel zou kunnen veranderen.

De onzichtbare vijand 

Hier op aarde worden we beschermd door onze atmosfeer en een magnetisch veld. Buiten deze veilige bubbel vliegen er echter constant extreem energierijke stralingsdeeltjes in het rond. Deze straling vliegt dwars door de wanden van huidige ruimteschepen. Zodra deze deeltjes het menselijk lichaam binnendringen, richten ze enorme ravage aan. Ze slaan letterlijk stukjes van het menselijk DNA kapot. Als deze DNA-breuken niet goed door het lichaam hersteld worden, ontstaat er een sterk verhoogd risico op kanker en ernstige acute weefselschade. Denk hierbij aan vertroebeling van de ooglens (cataract), schade aan het hart en de bloedvaten, cognitieve achteruitgang en versnelde veroudering van de huid.

De universele redder in nood: water

De huidige materialen om ruimteschepen te bouwen, zoals aluminium, bieden onvoldoende bescherming tegen deze kosmische straling. Sterker nog: als de energierijke stralingsdeeltjes uit de ruimte op deze materialen botsen, spatten ze uiteen in nóg meer schadelijke brokstukken, waardoor de stralingsellende alleen maar toeneemt. 

Voor een betere oplossing moeten we verrassend genoeg kijken naar datgene wat onze blauwe planeet voor ruim 70 procent bedekt: water. Deze alledaagse molecule blijkt een fantastisch schild te zijn om destructieve ruimtestraling af te remmen. Bovendien is water al volop aanwezig aan boord, denk aan koelsystemen en het drinkwater voor de astronauten zelf, waardoor je geen extra kilogrammen de lucht in hoeft te schieten en zo brandstofkosten bespaart. Alleen is er één groot nadeel: vloeibaar water is in een omgeving zonder zwaartekracht heel onpraktisch, aangezien het ongecontroleerd alle kanten op zweeft. 

Dit brengt ons bij de kern van onze oplossing: de hydrogel. Een hydrogel is een flexibel, driedimensionaal netwerk van polymeren. Vergelijk het met een stevige microscopische spons die enorme hoeveelheden water kan vasthouden. Doordat het water chemisch gebonden is aan het netwerk, kun je het er niet uitwringen. Zo profiteer je van de beschermende eigenschappen van water, maar verpakt in een licht, flexibel en lekvrij materiaal. 

De huid als getuige 

Maar hoe meet je nu of zo’n hydrogel het weefsel van een astronaut écht kan beschermen? Fysische metingen met apparatuur vertellen immers niet het hele biologische verhaal. Daarom werd in het laboratorium een driedimensionaal model van menselijke huid opgekweekt. Door menselijke huidcellen te laten groeien op een synthetische draagstructuur, ontstaat er een stukje namaakhuid dat levensecht reageert. 

Na blootstelling van dit weefsel aan nagebootste ruimtestraling, werden de cellen behandeld met speciale kleurstoffen. Dat zorgt ervoor dat de kapotte stukjes DNA onder een microscoop oplichten als felgroene puntjes in de celkern. Hierdoor wordt de impact zichtbaar en kunnen we de opgelopen stralingsschade heel nauwkeurig in kaart brengen.

Het lanceerplatform staat klaar

Met mijn masterproef legde ik de twee cruciale puzzelstukjes voor dit onderzoek op tafel. Enerzijds ontwikkelde ik de hydrogels en bewees ik dat deze materialen niet veranderen of afbreken onder invloed van straling. Anderzijds toonde ik aan dat we in het zelfgekweekte huidmodel de opgelopen stralingsschade in beeld kunnen brengen. Nu we weten dat de hydrogel de straling overleeft én we de DNA-schade in de huid kunnen zien, kunnen we beide met elkaar combineren. Door de hydrogel over het huidmodel te plaatsen en het geheel te bestralen, kunnen we het aantal schadepuntjes exact tellen, mét en zonder beschermingsmateriaal. Zo kunnen we op zoek gaan naar de best beschermende hydrogel, meten hoeveel weefselschade we precies voorkomen en het materiaal verder optimaliseren.

Met dit onderzoek hopen we bij te dragen aan een nieuwe generatie stralingsbescherming. Als de testresultaten blijvend positief zijn en de hydrogels verder geoptimaliseerd kunnen worden, vormen ze mogelijk de basis voor de beschermende laag in de wanden van ruimteschepen of de voering van ruimtepakken. Zodat de astronauten van morgen veilig koers kunnen zetten naar Mars!