Российский космонавт первым в мире напечатал человеческий хрящ
Собственно, опыт на МКС был проведён ещё в декабре 2018 года. Теперь учёные из России, Латвии и США проанализировали его результаты и опубликовали научную статью о них в престижном журнале Science Advances.
3D-печать органов и тканей, в том числе и хрящевой – бурно развивающееся направление. Но до сих пор было проведено только два исследования по созданию биоинженерной хрящевой ткани на орбите, и оба использовали клетки животных (которые, разумеется, не являются точной копией человеческих).
Между тем космонавтам может понадобиться помощь в восстановлении хрящевой ткани. Долгое пребывание в невесомости губительно действует на хрящи суставов и межпозвоночных дисков. Если человечество планирует создавать орбитальные поселения или отправлять в космос долгосрочные экспедиции, ему необходимо справиться с этой проблемой.
Кроме того, ткани, выращенные в уникальных условиях невесомости, могут пригодиться и на Земле. Проекты автоматизированных космических заводов перестали быть научной фантастикой и уже заинтересовали бизнес.
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). Они были получены на Земле.
Устройство передвигало и соединяло эти "комки" с помощью магнитного поля. Это перспективный метод 3D-печати. Но, чтобы применить его к живым клеткам, нужно сделать их магнитными. 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.
A) и С) кадры сборки трёхмерной структуры из сфероидов. B) компьютерное моделирование этого процесса. D) Макрофотография собранной структуры. E) результаты окрашивания клеток различными маркерами.
Иллюстрация Kenn Brakke, Susquehanna University, Selinsgrove; Elizaveta Koudan, Laboratory for Biotechnological Research "3D Bioprinting Solutions".
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.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как российские космонавты напечатали мышиную щитовидную железу. Писали мы и о печати в космосе подобия мяса и рыбы.