Российские исследователи продемонстрировали возможность выращивания тканей в условиях микрогравитации, проведя исследования на борту МКС. О результатах эксперимента сообщается на сайте Сеченовского Университета.
Полеты в космос позволяют осваивать не только новые пространства, но и новые технологии. Среди таких технологий – биопечать и выращивание человеческих тканей, например, кожи, в условиях космической микрогравитации. Биоматериалом для выращивания и печати служат клетки, взятые у пациента. Технология позволяет создавать прямо на борту космического корабля фрагменты тканей, необходимые, чтобы закрывать дефекты, лечить раны, помогая организму восстанавливаться после перенесенных заболеваний и полученных травм. Это дает возможность не возвращаться на Землю, а лечить космонавтов в условиях длительных космических перелетов. Такие перелеты могут стать реальностью в ближайшие 20-30 лет.
Биопечать сегодня – не инновационный способ, а методика, которая уже активно используется в биотехнологии. В качестве биочернил как правило искусственный или натуральный полимер, например, коллаген или желатин, с добавлением живых клеток. Их выбор зависит от того, какую именно ткань необходимо напечатать. Больше информации о биопринтинге и достижениях российских ученых в этой области, можно узнать из нашего большого материала.
Сам процесс создания новых тканей предполагает не только биопечать образца ткани, но и дальнейшее ее культивирование в биореакторе – специальном устройстве, которое создает условия, близкие к натуральным и обеспечивает растущую ткань всеми необходимыми веществами.
Процесс печати в космосе происходит практически так же? как и на Земле, хотя некоторые структуры – например, кровеносные сосуды, имеющие трубчатую форму, печатать в условиях микрогравитации проще. Это связано с тем, что на Земле созданию объемных вытянутых объектов мешает сила тяжести, под ее действием конструкция складывается и падает. В космосе этого негативного влияния нет, а потому создавать трехмерные объемные конструкции легче.
После печати они могут быть доставлены на Землю, а потом использованы в кардиологии или других областях медицины. Работа над созданием трубчатых органов на борту МКС с использованием магнитного биопринтера, облегчающего сборку вытянутых конструкций, ведется в России в рамках проекта «Магнитная биофабрификация» — в нее вовлечены исследователи из НИТУ МИСИС и «3Д Биопринтинг Солюшенс».
А вот управлять биореактором в условиях невесомости гораздо сложнее – жидкость с питательными веществами ведет себя иначе, что может сказаться на свойствах культивируемого образца ткани. Исследователям из Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского Университета удалось преодолеть возникшие сложности: для этого вместе с научно-производственным предприятием «БиоТехСис» и РКК «Энергия» был сконструирован многоячеечный проточный культиватор «МСК-2». Его использование позволило создать в космосе условия, приближенные к земным – это стало возможным благодаря культивированию напечатанных клеток в коллагеновой «губке». Питательная жидкость, нужная для роста клеток, циркулирует в биореакторе по нескольким контурам. Это сделано в целях безопасности: если один из контуров по каким-то причинам выйдет из строя, другие продолжат функционировать и рост клеток не будет нарушен.
Программа по запуску биореактора с клетками в космос была запущена в 2020 году. До 2025 года, когда она будет завершена, должно состояться 10 запусков, 8 из которых уже состоялись – каждый «полет» биореактора продолжался около 20 дней. В ходе первых экспериментов о печати и культивировании речь не шла – они были необходимы для того, чтобы проверить работоспособность биореактора и способность стабильно функционировать в условиях космоса. Во время дальнейших запусков были напечатаны клетки, а также начато культивирование фрагментов тканей.
«Мы подтвердили, что отправленные в космос клетки способны выжить в биореакторе. В последнем эксперименте мы добились того, чтобы они проникли вглубь материала и сформировали целевой продукт — биоэквивалент кожи человека», — рассказал Петр Тимашев, научный руководитель Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского Университета.
Программа пока не завершена – в будущем космонавтов научат перезаправлять биореактор в условиях космоса. В перспективе этот прибор станет стандартным оборудованием на МКС, а потому с его обслуживанием должен справляться человек, не обладающий специальными навыками и знаниями.
После 2025 года ученых ждут новые вызовы, среди которых испытание в космических условиях портативных моделей биопринтеров, которые занимают меньше места. Такие разработки уже есть в Сеченовском Университете, речь идет о модели «Биоган», которая способна напечатать необходимый образец буквально в полевых условиях.
Создание тканей для восполнения дефектов – лишь одно из направлений биопечати и биокультивирования тканей. Другая востребованная в условиях космоса задача – обеспечение космонавтов едой. Во время длительных полетов биореактор может стать инструментом, с помощью которого можно будет напечатать необходимую для поддержания сил белковую пищу.
Текст: Ксения Скрыпник
Фото: iStock.com
