Подведены итоги печати живыми клетками в космосе
3D-печать используется в исследованиях по созданию искусственных аналогов органов из раствора с настоящими клетками соответствующего типа. Готовые к пересадке органы на них пока не печатают, однако более-менее примитивные прототипы создавать уже вполне можно. Кроме того, с их помощью можно создавать тканевые конструкты для изучения влияния внешних условий на клетки. Несмотря на то, что на орбите много лет находятся космические станции с научным оборудованием, данных о влиянии невесомости и повышенной радиации на живые организмы пока очень мало и космические 3D-принтеры могли бы стать удобным инструментом для проведения медико-биологических исследований.
Классическая 3D-печать, как правило, основана на послойном нанесении вещества, а следовательно, использует силу тяжести для удержания застывающих слоёв. Послойную печать можно реализовать в космосе, увеличив вязкость и адгезию материала, что в случае с биологическими гидрогелями-прекурсорами невозможно, либо с помощью центрифуги или другого аппарата для имитации силы тяжести, но это усложняет конструкцию. Инженеры из компании 3D Bioprinting Solutions в 2018 году сделали биопринтер «Орган.Авт» для космических условий, который использует не послойную печать, а магнитное выталкивание клеток в центр области печати.
Он работает не с отдельными клетками, а с их наборами, которые готовятся на Земле. Для этого клетки (в данном случае использовались хондроциты — клетки хрящевой ткани) вместе с поддерживающим раствором-культурой помещают в сферические сосуды и дают им соединиться, сформировав внеклеточный матрикс. В результате получились сферы со средним диаметром 300 микрометров. Сферы с хондроцитами помещают в большие комбинированные кюветы вместе с гидрогелем, который ниже 21 градуса Цельсия превращается в золь, а выше — в гель. В другой сосуд кюветы помещается формальдегид для фиксации полученных образцов перед отправкой на Землю.
В ней есть и гадобутрол — парамагнитный агент, который обычно применяют как контрастное вещество в МРТ. Все кюветы загружаются в принтер и магниты сложной формы (вместе они образуют полый цилиндр с круглыми вырезами по бокам) выталкивают парамагнитные частицы в центр рабочей зоны кюветы, а вместе с ними направляют в центр и сферы из хондроцитов. После того, как сферы собрались в единую структуру, кюветы два дня выдерживают при температуре 37 градусов Цельсия и фиксируют с помощью формалина. «Орган.Авт» отправили к МКС на космическом корабле «Союз МС-10», однако во время полёта произошла авария.
Принтер доставили на станцию во время следующей миссии 3 декабря 2018 года, а уже 5 числа космонавты начали эксперименты. 20 декабря кюветы с напечатанными конструктами спустил на Землю корабль «Союз МС-09», и материалы эксперимента передали ученым для анализа. Гистологическое исследование показало, что отдельные сферические частицы соединились в единый конструкт. Кроме того, почти полное отсутствие веществ-маркеров показало, что в конструктах перед фиксацией формалином почти не происходил апоптоз и пролиферация. По мнению учёных, метод показал свою пригодность.
Таким образом, печать позволяет создавать конструкты с соединенными клетками и высокой выживаемостью. Отмечается, что применяемый для сбора сферических частиц гадобутрол токсичен и его концентрацию необходимо будет уменьшать в будущих исследованиях. Также они планируют технически модифицировать процесс, добавив ультразвуковые излучатели, которые будут дополнять магниты в качестве создателей движущей силы для сфер. Излучатели планируется добавлять в кюветы без необходимости в модификации принтера, который остался на МКС и готов к новым исследованиям.