Мышцы из 3D-принтера — созданные в невесомости
Здоровье человека — ахиллесова пята космических путешествий. Исследователям из ETH Zurich удалось напечатать сложную мышечную ткань в условиях невесомости. Это позволит в будущем тестировать лекарства для космических миссий.
В невесомости тела астронавтов сильно деградируют. Чтобы решить эту проблему, исследователи ищут реалистичные тестовые модели.
Именно здесь начинается работа команды ETH Zurich. Чтобы создать мышечную ткань в максимально точных условиях, исследовательская группа под руководством Парта Чансориа использовала параболические полеты для кратковременного моделирования микрогравитации космоса. Это техническое достижение приближает ученых к долгосрочной цели: выращиванию человеческих тканей на орбите для изучения болезней и разработки новых методов лечения.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.
Зачем производить в невесомости?
Создание тонких биологических структур, таких как мышечная ткань, — серьезная проблема в условиях нормальной гравитации на Земле. Цель — напечатать ткань, идентичную естественным структурам тела. Однако гравитация мешает этому процессу.
Для 3D-печати исследователи используют специальное вещество — биочернила. Они состоят из материала-носителя, смешанного с живыми клетками. Вес биочернил и встроенных клеток может привести к обрушению или деформации структур до затвердевания материала. Кроме того, клетки могут оседать в биочернилах неравномерно, что приводит к менее реалистичным моделям.
В условиях микрогравитации эти разрушающие силы исчезают. Без структурного напряжения исследователи могут создавать мышечные волокна точно так, как они расположены в теле. Эта точность критически важна: только модели, точно отражающие структуру человеческого тела, дают надежные результаты при тестировании новых лекарств или изучении течения болезней.
Новая гравитационно-независимая система
Для этого исследователи ETH Zurich разработали новую систему биофабрикации под названием G-FLight (Gravity-independent Filamented Light). Эта система позволяет быстро — в течение секунд — производить жизнеспособные мышечные конструкции.
Используя специальную формулу био-смолы, команда провела 3D-печать во время фаз невесомости в 30 параболических циклах. Результаты показали, что ткань, напечатанная в микрогравитации, имела схожую жизнеспособность клеток и аналогичное количество мышечных волокон, что и ткань, напечатанная в условиях гравитации. Кроме того, разработанный процесс позволяет долгосрочно хранить биосмолы с клетками, что идеально для будущего применения в космосе.
Модели болезней за пределами Земли
Успешное создание мышечных конструкций в микрогравитации представляет собой важный шаг вперед для тканевой инженерии в космических исследованиях и биомедицине. Цель — использовать эти методы для производства сложных человеческих органоидов и тканей на борту МКС или будущих орбитальных платформ.
В космосе исследователи смогут проводить фундаментальные исследования с помощью этих «органных моделей»: их будут использовать для изучения таких заболеваний, как мышечная дистрофия или атрофия мышц, вызванная невесомостью. Кроме того, на них можно будет тестировать эффективность терапевтических средств в системе, которая лучше отражает сложность человеческого тела — потому что 3D-печать в невесомости позволяет выравнивать мышечные волокна с такой высокой точностью.