На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Друзья

10 456 подписчиков

Свежие комментарии

  • Юрий Ильинов
    Основатель зловещей американской ЧВК предложил отдать России то, после чего война кончится Основатель зловещей амери...Секта самоубийц г...
  • Юрий Ильинов
    Ударные беспилотники ВС РФ успешно атаковали аэродром ВСУ на Житомирщине Россия продолжает наносить удары по военной...Версия: террорист...
  • Юрий Ильинов
    Бои в районе села Новый Комар, продвижение в Курахово. Ситуация на фронтах СВО к 2 декабря ВС РФ продавливают оборон...Журналист Панченк...

Если очень захотеть! Почему эксперименты по биопечати проводятся в космосе

www.techinsider

Космос издревле манил людей. И вот, наконец, XX век подарил нам техническую возможность освоения космического пространства. А в начале XXI века появилось новое направление в биомедицине – технология биопечати. Почему некоторые эксперименты по биопечати лучше проводить в условиях микрогравитации, чем результаты в космосе отличаются от результатов на Земле и как космический биопринтинг может помочь сделать реальностью мечты о полетах на Марс – в обзоре компании «3Д Биопринтинг Солюшенс».

В общем виде биопечать – это создание сложных биологических структур из более простых строительных блоков с помощью какого-либо роботического устройства – биопринтера. В качестве строительных блоков могут выступать отдельные клетки, клеточные агрегаты, натуральные и синтетические полимерные материалы, органические и неорганические соединения.

В настоящее время на Международной космической станции (МКС) находятся три биопринтера, которые можно использовать для проведения различных экспериментов. 

Биопринтер «ОРГАН.АВТ»

Первый из них – российский биопринтер «ОРГАН.АВТ», разработанный компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс» и доставленный на МКС в декабре 2018 года на борту пилотируемого корабля «Союз МС-11». В основе функционирования биопринтера лежит воздействие переменного магнитного поля на биоматериалы, используемые в качестве строительных блоков. Биоматериалы помещаются в специальных кюветах в биопринтер «ОРГАН.АВТ» и, в присутствии специальных материалов – парамагнетиков, начинают отталкиваться от магнитов, а затем концентрироваться в центре так называемой «магнитной ловушки». Однако для того, чтобы происходила эффективная левитация биоматериалов, необходимо, чтобы они находились в среде, обладающей парамагнитными свойствами. 

Магнитный биопринтер «ОРГАН.АВТ» (Россия
Магнитный биопринтер «ОРГАН.АВТ» (Россия)

Что можно печатать в космосе? 

В первую очередь, различные тканеинженерные конструкции, которые можно сформировать из шарообразных клеточных агрегатов – сфероидов. Под действием магнитного поля сфероиды собираются в центре кюветы и удерживаются там до тех пор, пока не произойдет их слияние друг с другом и формирование единого конструкта. В зависимости от типа клеток, из которых образованы сфероиды, можно получать конструкты самой различной природы. 

В декабре 2018 года с помощью биопринтера «ОРГАН.АВТ» были получены конструкты щитовидной железы крысы и хрящевой ткани человека. 

Однако, помимо чисто медицинских целей, технологию биопечати можно использовать и для печати еды, что крайне важно для космических полетов на длительные расстояния, когда доставка еды на «грузовиках» с Земли представляется крайне проблематичным занятием. 

  • Космонавты-испытатели Кононненко О.Д. и Скрипочка О.И. проводят эксперименты по биопечати с клетками разных типов на борту МКС.
Космонавты-испытатели Кононненко О.Д. и Скрипочка О.И. проводят эксперименты по биопечати с клетками разных типов на борту МКС. 

Такие эксперименты были проведены весной 2020 года. В качестве «сырья» использовались клетки коровы, рыбы и кролика. Полученные результаты продемонстрировали принципиальную возможность производства культивированных продуктов в условиях космоса. 

Новые кости и зубная эмаль

С помощью биопринтера можно получать керамические биоматериалы на основе фосфатов кальция, применяемые для регенерации костной ткани. Использование магнитного поля в условиях микрогравитации позволяет влиять на направление роста кристаллов и получать материалы с улучшенными механическими, физико-химическими и биологическими свойствам. 

В 2020 году на борту МКС были сформированы трехмерные каркасы на основе фосфатов кальция, которые были доставлены на Землю, имплантированы в дефекты черепа лабораторных животных (крыс) и продемонстрировали их высокая регенеративную способность. Также полученные материалы могут быть использованы в составе зубных паст для процессов реминерализации зубной эмали. 

  • Космонавт Иванишин А.А. проводит эксперимент по получению материалов для регенерации костной ткани на борту МКС.
Космонавт Иванишин А.А. проводит эксперимент по получению материалов для регенерации костной ткани на борту МКС.

Хитрые бактерии

Еще одним важным достижением можно считать формирование с помощью биопринтера «ОРГАН.АВТ» на борту МКС летом 2019 года трехмерных бактериальных конгломератов, состоящих из клеток и выделяемого ими внеклеточного матрикса. Хронические инфекции часто связаны с формированием бактериями именно таких конгломератов в организме человека. 

В составе конгломератов бактерии обладают повышенной резистентностью (устойчивостью) к антибиотикам. Также существуют данные об изменении свойств бактерий в космосе и увеличении их патогенности. Таким образом, полученные бактериальные конгломераты могут быть использованы для изучения влияния факторов космического полета на бактерии в составе трехмерных агрегатов и поиска новых эффективных лекарств для космонавтов. 

  • Космонавт Овчинин А.Н. проводит эксперимент по печати живыми бактериями на борту МКС с использованием биопринтера 'ОРГАН.АВТ'.
Космонавт Овчинин А.Н. проводит эксперимент по печати живыми бактериями на борту МКС с использованием биопринтера "ОРГАН.АВТ".

Кристаллы белков

Не менее интересная область применения биопринтера «ОРГАН.АВТ» – формирование кристаллов различных белков с целью изучения их пространственной структуры, получения информации о механизмах их функционирования, поиска новых лекарственных средств.

В рамках экспедиции МКС 60/61 уже были выращены кристаллы белка лизоцима, которые оказались значительно крупнее, чем кристаллы, формируемые на Земле. 

Можно предположить, что использование магнитного биопринтера в космосе позволит кристаллизовать белки, для которых на Земле не удается подобрать оптимальные условия кристаллизации.

  • Космонавт Скворцов А.А. проводит эксперимент по кристаллизации белков на борту МКС использованием биопринтера 'ОРГАН.АВТ'.
Космонавт Скворцов А.А. проводит эксперимент по кристаллизации белков на борту МКС использованием биопринтера "ОРГАН.АВТ".

Биопринтер «BioFabrication Facility»

Еще один биопринтер, находящийся на борту МКС, – американский «BioFabrication Facility», разработанный компаниями Techshot и nScrypt (США). Он предназначен для аддитивной биопечати, при которой биоматериал послойно наносится на подложку согласно заранее заданной цифровой модели. В качестве биочернил, как правило, используются различные мягкие гидрогели с клетками. При попытках на Земле напечатать многослойные конструкты этим методом происходит разрушение напечатанных структур под собственным весом из-за гравитации. В космосе указанная проблема отсутствует. Биопринтер «BioFabrication Facility» предполагается использовать для печати ткани сердца и других органов.

Биопринтер BioFabrication Facility (США) для печати ткани сердца
Биопринтер BioFabrication Facility (США) для печати ткани сердца

Биопринтер «Bioprint FirstAid»

Недавно на МКС был доставлен биопринтер «Bioprint FirstAid», разработанный немецким центром авиации и космонавтики (DLR). Он представляет собой портативное устройство, которое по своему внешнему виду очень напоминает пистолет, а по своей функциональности – скотч. 

Биопринтер предназначен для печати пластырей (для заживления дефектов кожного покрова) на основе гидрогелей с клетками. Функциональность этого устройства планируется проверить в феврале-марте 2022 года.

Биопринтер «Bioprint FirstAid» (Германия)
Биопринтер «Bioprint FirstAid» (Германия)

Жди нас, Марс!

Для успешности полетов к дальним планетам, помимо решения технических проблем, необходимо обеспечить полную автономности экспедиции, способность на борту корабля производить продукты питания и оказывать медицинскую помощь. С этой точки зрения, биопечать может оказаться той самой технологией, которая позволит космонавтам достичь независимости от помощи с Земли, а человечеству – превратить мечты о путешествиях на новые планеты в реальность. 

Картина дня

наверх