Для того, чтобы человечество могло совершать длительные космические полеты, высаживаться и уметь жить на других планетах, необходимо полно и точно знать все нюансы адаптации организма к новым для него условиям. Какие процессы происходят в легких человека, длительное время находящегося в условиях реального космического полета, интересовали и интересуют до сих пор ученых. Космонавты и астронавты сталкиваются с экстремальными условиями, когда выходят на низкую околоземную орбиту. Традиционные клеточные культуры не могут полноценно имитировать такие нагрузки. Исследователи из Техасского университета A&M нашли способ моделировать эти условия с помощью 3D-биопечати.
Изучение реакции напечатанных на 3D-принтере образцов с клетками легких на физический стресс помогает понять принципы воздействия экстремальной среды на организм человека. Подход исследователей отличается точностью. Ученые загружают гелеобразные биочернила с живыми клетками в картриджи и печатают образцы слой за слоем. Этот метод позволяет очень точно имитировать естественную ткань и ее микросреду. Это дает возможность изучать жизнеспособность клеток, их размножение и реакцию на стресс. Такой подход дает гораздо более реалистичную картину поведения клеток, чем традиционные двухмерные культуры.
Экстремальные условия наносят серьезный вред человеческому организму. Резкие изменения давления или высоты грозят экипажам опасным скоплением жидкости в легких. Высокие температуры могут спровоцировать инсульт, повреждение тканей или отказ органов. Результаты исследования проливают свет на реакцию клеток легких на физиологические и механические стрессоры, включая перепады давления и температуры. Потенциально это улучшит протоколы безопасности для космических путешественников.
Технология полезна не только для аэрокосмической отрасли. Она создает реалистичную модель для изучения респираторных заболеваний, которые представляют серьезную угрозу здоровью во всем мире. Сюда относится, например, хроническая обструктивная болезнь легких. Также метод поможет ускорить поиск новых лекарств. В долгосрочной перспективе исследователи планируют создавать инженерные ткани легких в контролируемых лабораторных условиях.
Главная сложность биопечати заключается в балансе между точностью печати и выживаемостью клеток. Даже небольшие изменения в процессе сильно влияют на результат. Выяснилось, что более высокое давление при печати приводит к гибели большего числа клеток. Также образцы подвергали воздействию высоких температур до 55 градусов по Цельсию. Ученые заметили, что сильный нагрев повышает окислительный стресс и снижает выживаемость клеток.
Эти данные подчеркивают необходимость точных методик для сохранения клеток в напечатанных образцах. Для решения проблемы команда разработала оптимизированные биочернила. Смесь коллагена и альгината в соотношении 4:1 сохраняла жизнеспособность клеток на уровне 85% в течение шести дней. Правильные параметры биопечати позволяют воспроизводить реалистичные условия и сохранять функции клеток.
#космос #международная_космическая_станция #космические_исследования #наука #космические_полеты #астронавт #космический_корабль #космические_эксперименты