Развитие нанотехнологий позволяет управлять живыми клетками, тканевыми сфероидами и синтетическими микрокаффолдами с помощью магнитных полей. Это, в свою очередь, приводит к попыткам создания магнитных биопринтеров.
Однако первые попытки создания магнитных биопринтеров показали, что земная гравитация сильно ограничивает их возможности. Логично предположить, что в условиях невесомости магнитная и диамагнитная левитация появится возможность осуществлять не только так называемую “формообразующую” биофабрикацию трехмерных тканевых конструкций, но и их программируемую самосборку в контролируемом магнитном поле. Космический магнитный 3-D биопринтер, который может управлять тканевыми сфероидами в условиях микрогравитации, представляет собой новую концепции в 3D биопечати. Печать в условиях микрогравитации на основе магнитных сил сильно отличается от обычной технологии и открывает реальные возможности для программируемой самосборки тканевых и органных конструкций в трехмерном пространстве без поддерживающих каркасов. Формативная печать и программируемая самосборка - революционные технологии производства и биофабрикации 21-го века. На сегодняшний день существует три основных 3-D технологии биопечати: экструзионная, струйная и лазерная биопечать. Эти методы имеют общие ограничения, такие как низкая скорость и невозможность создания трехмерных конструкций со сложной геометрией. Поэтому будут развиваться новые подходы, такие как акустическая или магнитная биопечать с использованием структурированных физических полей для предсказуемого и направленного перемещения клеток.
Основная идея заключается в использовании микрогравитации в качестве основополагающего фактора биопечати. Эта концепция означает использование подхода, свободного от каркасов и экструдеров, называемого формативной биофабрикацией, которая имеет преимущество перед классическим аддитивным производством, при котором печать идет послойно. Эта технология может быть широко использована для исследований космической радиации, для обеспечения долгосрочных космических полетов, включая лунные и марсианские программы.
3D Bioprinting Solutions разработала новый космический 3D биопринтер, который позволяет быстро строить трехмерные конструкции тканей и органов в условиях микрогравитации с использованием магнитных полей. Также, была разработана сложная аппаратура для доставки живых объектов на МКС, выполнения биофабрикации и возвращения результатов обратно на Землю.
В ходе космических экспериментов была проивзедена печать трехмерных органных конструкций щитовидной железы мыши и хряща человека с использованием тканевых сфероидов (шариков, состоящих из 8-10 тыс. клетов) в условиях естественной космической микрогравитации. После возвращения биопринтированных конструкций на Землю были проведены гистологические исследования, подтвердившие успешность данного эксперимента.