Биоэкструдер ZeroG, созданный компанией Allevi, может помочь астронавтам лучше разобраться в поведении биоматериалов в космосе
Когда наша реальность догонит мечты фантастов, наличие биопринтера в космосе будет оправданным по многим причинам. К примеру, космонавт во время долгого путешествия к Марсу может получить ожог, работая с химикатами, и он будет очень благодарен возможности распечатать новый кусочек кожи. Или в ещё более далёком будущем колонист на Марсе может столкнуться с отказом печени, но его смогут спасти доктора, распечатав орган для пересадки.
Пока что эти сценарии далеки от реальных возможностей, причём как в плане космических полётов, так и по состоянию 3D-биопечати – этой быстро развивающейся технологии, в которой специализированные 3D-принтеры выдавливают биоматериалы и клетки для послойного создания участков тканей.
Однако новое сотрудничество между компанией Allevi, производящей биопринтеры, и компанией Made in Space, которая уже отправила два 3D-принтера на борт МКС, представляет первый шаг к реализации этих сценариев из разряда медицинской научной фантастики.
Allevi разработала биоэкструдер ZeroG, способный на печать материалов в условиях микрогравитации, и две этих компании работали вместе, чтобы он гарантированно уместился в принтере от Made in Space. “Нам нужно, чтобы для космонавтов это устройство было типа “включил и работает”, – сказал Рики Солорзано, директор Allevi (раньше эта компания была известна как BioBots).
ZeroG – пока ещё работающий прототип, но обе компании уверены в том, что в ближайшем будущем им удастся доставить экструдер на МКС. “У нас полно опыта работы с биоматериалами, а они знают, как отправлять вещи в космос”, – говорит Солорзано.
Made in Space отправила первый 3D-принтер для космоса на МКС в 2014, а потом в 2016 добавила и второй. Трёхмерная печать в космосе требует тщательного контроля над процессом экструзии, чтобы капли материала не разлетались в стороны. Также необходимо контролировать рабочую температуру машины; в микрогравитации нет привычной нам на Земле конвекции воздуха, поэтому “очень сложно поддерживать горячие части в горячем состоянии, а холодные – в холодном”, – поясняет Эндрю Раш, президент и директор Made in Space.
Чтобы распечатывать такие материалы, как гидрогель – биоматериал, часто использующийся как подпорка для клеток – у экструдера ZeroG от Allevi есть поршень (на заглавном фото слева), управляющий шприцом (справа). Главная сложность – управлять экструзией материалов, мгновенно склеивающихся друг с другом, когда каждый следующий уровень сцепляется с предыдущим, так, чтобы принтер мог создавать объекты нужной геометрии.
У нас на Земле биопечать неплохо развивается. Различные исследователи успешно распечатывали кусочки человеческой кожи, хотя эти технологии пока не дошли до клинического применения. Распечатка органа – задача куда как более сложная, поскольку органы состоят из большого количества типов клеток, и пронизаны кровяными сосудами и нервами. Такие компании, как Organovo, упорно работают над реализацией этой идеи – возможно, ко времени появления на Марсе первых колонистов технология будет готова.
После интеграции экструдера ZeroG в принтер на МКС, у него появится несколько вариантов применения. Солорзано говорит, что Allevi распространила более 200 принтеров по лабораториям всего мира, и надеется, что пользующиеся ими учёные предложат свои научные эксперименты: их можно будет одновременно проводить на МКС и на Земле и сравнивать результаты, говорит он.
У науки есть много интересных вопросов о поведении биоматериалов в космосе. К примеру, Солорзано говорит, что исследователи могут изучить вопрос того, как кости формируются и реагируют на отсутствие гравитации – этот вопрос очень важен для космонавтов, много времени проводящих в космосе.
Другое применение поддерживает продвигаемую компанией Made in Space идею о “производстве, доступном в космосе” – что микрогравитация позволит производить материалы и продукты особого рода, которые на Земле сделать невозможно, в результате чего они будут обладать большой ценностью. Компания уже экспериментирует с производством оптоволокна на МКС, а фармацевтическая компания Merck выращивает кристаллы, которые могут оказаться полезными для доставки в организм лекарств.
Откроет ли Allevi какие-то типы биологической ткани, выращенной в космосе, которые смогут пригодиться живущим на планете людям? “Это вопрос на более отдалённое будущее – но мы не сможем на него ответить, не проводя простые биологические эксперименты”, – говорит Солорзано.
На МКС аппарат можно доставить двумя способами – либо убедив НАСА в том, что экструдер будет полезен ему для своих собственных экспериментов, либо отправить его от лица учёных, имеющих права на время лаборатории МКС.
В любом случае, экструдеру придётся пройти проверки НАСА на безопасность. “Всё, что отправляется туда, проходит такие проверки”, – говорит Раш из Made in Space. Агентству необходимо изучить все материалы и системы, чтобы гарантировать отсутствие угроз для здоровья космонавтов на борту МКС. “НАСА необходимо знать, что если с устройством что-то случиться, это всё равно будет безопасно”, – говорит Раш.
Самым большим препятствием для биопечати в космосе могут стать материалы. Получить разрешение на отправку гидрогеля на МКС довольно легко, а вот одобрить отправку туда клеток человека, заполняющих эти подпорки, будет сложнее. “Нам нужно понять ограничения, связанные с работой с клеточным материалом на МКС”, – говорит Солорзано.
Есть и ещё один шаг перед получением финального разрешения, говорит Раш: экструдеру необходимо будет провести некоторое время на вибростолах НАСА. “Им надо будет убедиться, что он перенесёт полёт на ракете в космос”, – говорит он.