В мае 2019 года на Международную космическую станцию будет отправлен биологический 3D принтер, на котором попытаются печатать «заплатки» для сердец из стволовых клеток пациентов. Это станет важным шагом к выращиванию на орбите полноценных сердец для трансплантации.
Для чего нужны такие сложности? Оказывается биологическая 3D печать органов в обычных земных условиях столкнулась с большой проблемой — крупные органы обрушиваются под собственным весом в процессе выращивания. Для того, чтобы напечатать сердце или легкие требуется строить сложные каркасы. Если органы и удается вырастить, то потом возникает еще одна проблема — каркасы очень трудно вынуть без повреждения тканей.
Меж тем потребности в донорских сердцах очень велики. Скажем, в 2017 в мире было пересажено примерно 7600 сердец. Но только в США в день умирает 20 человек, которые не дождались донорского органа.
Дефицит донорских органов стремится преодолеть компания Techshot, давний подрядчик НАСА. Ее инженеры предложили исключить гравитацию как фактор влияния на процесс печати сердец из стволовых клеток. В этом случае для крупных органов не понадобиться создавать каркасы.
Как можно «убрать» гравитацию? Поместить 3D принтер в космос — на околоземную орбиту. Например, на Международный космической станции космонавты и физические предметы находятся в состоянии почти полной невесомости, которая характеризуется как «микрогравитация».
Первый успешный эксперимент по биологической печати при микрогравитации НАСА и Techshot провели в 2016 году. Тогда прототип космического принтера был запущен в самолете на высоте 30 000 футов (91444 метра) в условиях искусственной невесомости. Посмотрите, как это было:
И вот, наконец, разработки Techshot созрели для запуска биопринтера на орбиту. Он представляет собой устройство размером с микроволновую печь, которое печатает биологические пластыри для сердца из стволовых клеток пациентов. В 2019 году работу космического принтера будут тестировать в реальных условиях космоса. Затем Techshot планирует внести в конструкцию принтера изменения, потребность в которых покажет эксперимент, и открыть технологию для сторонних разработчиков.
Прогноз инженеров из Techshot таков — реальная печать целых органов в космосе станет возможна примерно в 2025 году. Еще около 10 лет понадобится для «полировки» технологии — чтобы получаемые при помощи 3D печати сердца или легкие полностью соответствовали натуральным органам.
Особое величие этого проекта заключается в том, что изготовленные в космосе сердца не будут отторгаться организмами пациентов, ведь они будут созданы из их же клеток. Стоимость трансплантации для одного пациента из-за этого заметно снизится. Также снизится и риск осложнений.
К тому времени, как технология будет отработана, подоспеют и компании, которые создают автономные производственные орбитальные модули. Этим занимается, например, компания Space Tango из США, которая обещает подготовить реальный продукт как раз к середине 2020-х годов.
В результате человечество сможет запускать на орбиту настоящие мини-заводы по производству сложных органов для трансплантации. Подсчитано, что каждый такой модуль будет работать в космосе от 10 до 30 дней, после чего спустится обратно на Землю вместе с изготовленной продукцией.
Такие космо-заводы могут как пристыковываться к МКС, так и находиться на орбите в автономном режиме. Для каждого из этих вариантов рассчитываются экономические показатели. Что окажется дешевле, то и будет применяться на практике.