Ученые Сеченовского университета подтвердили возможность выращивания биоэквивалентов кожи и других тканей человека в условиях микрогравитации. Эксперименты проводились на борту Международной космической станции в специально спроектированном биореакторе, сообщает 3Dtoday.ru.
Технология выращивания клеток в условиях невесомости — часть глобальной программы по подготовке к освоению дальнего космоса. 3D-биопечать и выращивание тканей из собственных клеток космонавтов позволят эффективно восстанавливать организм после травм и болезней, с которыми предстоит столкнуться в долгих межпланетных перелетах. Решать такие проблемы со здоровьем, не отправляя пациентов на Землю, ученые Сеченовского университета предлагают с помощью 3D-биопечати, сообщает пресс-служба вуза.
Сам по себе процесс 3D-биопечати в условиях микрогравитации не будет значительно отличаться от такового на Земле: биочернила выходят из сопла под давлением, что позволяет формировать те или иные структуры как в лаборатории, так и на борту космического корабля. 3D-печать — первый шаг, затем образцы тканей культивируются в биореакторах.
«Длительное культивирование клеток — это всегда вызов хотя бы потому, что принцип устройства механизмов перекачивания жидкости, принцип распределения жидкости внутри контуров биореактора в условиях космического полета совершенно другой. Но обойтись без этого этапа не получится: после того как мы что-то напечатали на биопринтере, заселенную клетками «заготовку» предстоит еще дорастить в биореакторе», — пояснил научный руководитель Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского университета Петр Тимашев.
Ученые Сеченовского университета совместно с научно-производственным предприятием «БиоТехСис» и ракетно-космической корпорацией «Энергия» запустили космическую программу, направленную на разработку технологии культивирования клеток в условиях микрогравитации.
«Основная задача проекта — создание биоэквивалента тканей человека в условиях космоса для дальнейших задач в космических полетах. Мы уже знаем, как вырастить кожу, хрящ и некоторые другие ткани на Земле. Теперь надо научиться делать это за ее пределами в условиях микрогравитации», — рассказал Петр Тимашев.
Специалисты «БиоТехСис» разработали для экспериментов многоячеечный проточный культиватор «МСК-2». Он относится к капиллярному типу, то есть воспроизводит среду микроциркуляторного русла, где артерии соединяются с венами на клеточном уровне. Сами клетки выращиваются в коллагеновой «губке», имитирующей естественную микросреду. Все это позволяет максимально приближать процесс выращивания клеток в условиях космоса к естественному. В реакторе располагаются несколько контуров циркуляции питательной жидкости: если один из них выйдет из строя, остальные продолжать обеспечивать клетки питанием.
Первый запуск биореактора с клетками состоялся в 2020 году. Всего запланировано десять запусков, из которых восемь уже состоялись. Последние образцы вернулись с МКС на Землю этой весной, исследовательская программа завершится в следующем году.
Чтобы добиться длительного культивирования клеток, необходимо контролировать температуру, уровень кислорода и другие параметры. На Земле этот процесс давно отработан, однако предстояло адаптировать его для условий космического полета. Поэтому первые два запуска были посвящены проверке работоспособности биореактора на МКС — справится ли оборудование со своими задачами в условиях микрогравитации.
Первые запуски подтвердили, что устройство соответствует всем требованиям безопасности в космическом полете и способно поддерживать физиологические условия для культивирования клеток человека ex vivo. На земной орбите уже побывали фибробласты, хондроциты и стромальные стволовые клетки человека. На борту реактор каждый раз находился в среднем около двадцати дней.
«Мы подтвердили, что отправленные в космос клетки способны выжить в биореакторе. В последнем эксперименте мы добились того, чтобы они проникли вглубь материала и сформировали целевой продукт — биоэквивалент кожи человека», — рассказал Петр Тимашев.
Одна из задач, которую предстоит решить в оставшиеся два запуска — научить космонавтов перезаправлять биореактор. В будущем ему предстоит находиться на борту месяцы и годы, поэтому с заменой питательной среды для клеток должен справляться человек без специальных навыков. Перезаправка биореактора происходит в стерильном перчаточном боксе, чтобы избежать загрязнения культуры клеток. Сама процедура не слишком сложна, но космонавтам нужно будет наловчиться работать с миниатюрными деталями.
«В условиях космического полета любые манипуляции превращаются в отдельный эксперимент, и даже простая перезаправка биореактора на МКС — вызов почище, чем его создание на Земле», — пояснил Петр Тимашев.
На основе полученных к 2025 году результатов будут сформированы задачи для следующей космической программы. В их числе испытание работы портативных моделей биопринтера в условиях микрогравитации.
Еще одно направление, для которого в космосе могут понадобиться 3D-биопринтер и биореактор — создание еды. Культивируемое мясо доступно уже сегодня, хотя и обходится дороже натурального, а в длительных полетах оно сможет стать источником животного белка.
