Российский космонавт первым в мире напечатал человеческий хрящ

Российский космонавт напечатал на МКС хрящевую ткань человека.

Российский космонавт напечатал на МКС хрящевую ткань человека.
Фото NASA.

A) и С) кадры сборки трёхмерной структуры из сфероидов. B) компьютерное моделирование этого процесса. D) Макрофотография собранной структуры. E) результаты окрашивания клеток различными маркерами.

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.

Российский космонавт напечатал на МКС хрящевую ткань человека.
A) и С) кадры сборки трёхмерной структуры из сфероидов. B) компьютерное моделирование этого процесса. D) Макрофотография собранной структуры. E) результаты окрашивания клеток различными маркерами.

Опубликованы результаты эксперимента, проведённого на борту МКС космонавтом Олегом Кононенко. Исследователь на специальном 3D-принтере напечатал человеческую хрящевую ткань. Никто ранее не делал этого в космосе, да и на Земле подобные эксперименты – пока ещё редкость.

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.

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.