Частная лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions опубликовала результаты экспериментов на российском сегменте МКС. Космонавт Олег Кононенко на 3D-принтере напечатал элемент человеческой хрящевой ткани. В эксперименте использовали технологию магнитной левитационной биосборки.
Собственно, опыт на МКС провели ещё в декабре 2018 года. Теперь учёные из России, Латвии и США проанализировали его результаты и опубликовали научную статью о них в журнале Science Advances.
3D-печать органов и тканей, в том числе и хрящевой, – бурно развивающееся направление. Но до сих пор провели только два исследования по созданию биоинженерной хрящевой ткани на орбите, и оба использовали клетки животных (которые, разумеется, не точная копия человеческих). Ткани, выращенные в уникальных условиях невесомости, могут пригодиться и на Земле.
В новом исследовании космонавт использовал биопринтер «Орган.Авт», специально разработанный для работы в космосе. В качестве материала для печати использовались сфероиды (проще говоря, шарики) из человеческих хрящевых клеток (хондроцитов). Их доставили с Земли.
Устройство передвигало и соединяло эти «комки» с помощью магнитного поля. Это перспективный метод 3D-печати. Но, чтобы применить его к живым клеткам, нужно сделать так чтобы они могли взаимодействовать с магнитным полем. Для этого учёные добавили к хондроцитам соли гадолиния.
В условиях невесомости понадобилась совсем небольшая концентрация металла, чтобы шарики из живой ткани были послушны магнитному полю. В таких количествах соли гадолиния безвредны для клеток. А вот при земной силе тяжести их концентрацию пришлось бы увеличить до опасных значений.
Эту проблему можно обойти, если разработать менее токсичные магнитные добавки. Тогда метод биопечати с помощью магнитной левитации можно будет применять и на Земле. Некоторые научные группы работают над этим, но сначала было бы полезно убедиться, что магнитная биопечать вообще способна создавать жизнеспособные ткани. Здесь и пригодилась МКС с её невесомостью.
Первый этап 3D-печати занял 40 минут и проводился при комнатной температуре. На этой стадии сфероиды были собраны в плотную структуру, но в ней всё ещё было мало прямых контактов между клетками.
Второй этап длился 48 часов и проходил при температуре 37 °C. На этот раз клетки из разных сфероидов «слипались» друг с другом, образуя стабильную трёхмерную структуру. Плотность упаковки хондроцитов в искусственной хрящевой ткани превышала 50% от естественной, а в некоторых местах доходила до 90%. Эксперты полагают, что, если бы эксперимент продлился дольше, была бы достигнута ещё более тесная интеграция клеток.
Авторы статьи подчёркивают, что к концу опыта клетки сохранили жизнеспособность и физиологическую активность.
К слову, результаты исследования прекрасно согласовались с прогнозом, сделанным на основе компьютерного моделирования.
Сейчас один из 3D-биопринтеров «Орган.Авт» можно увидеть на выставке в Музее космонавтики в Москве.
Виталий Егоров по материалам: https://www.vesti.ru/nauka/article/2431891
https://advances.sciencemag.org/content/6/29/eaba4174