Российские ученые из Сеченовского университета подтвердили возможность выращивания биоэквивалентов кожи и других тканей человека в условия космической микрогравитации. Эксперименты проводились на борту Международной космической станции (МКС) в специально спроектированном биореакторе. Технология выращивания клеток в условиях невесомости является частью 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.
Полеты к другим планетам сопряжены с опасностями — травмами, ожогами, переломами и другими повреждениями, в результате которых может понадобиться пересадка тканей или органов. Решать такие проблемы можно с помощью 3D-биопечати.
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. Однако печать — лишь первый шаг. Затем полученный образец ткани предстоит культивировать в биореакторе.
«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.
Поэтому ученые Сеченовского университета вместе с научно-производственным предприятием «БиоТехСис» реализуют космическую программу заказчика, РКК «Энергия». Основная задача проекта — создание биоэквивалента тканей человека в условиях космоса для дальнейших задач в космических полетах.
Для экспериментов специалисты «БиоТехСис» разработали многоячеечный проточный культиватор «МСК-2». Он относится к капиллярному типу — воспроизводит среду микроциркуляторного русла, где артерии соединяются с венами на клеточном уровне. Клетки выращиваются в коллагеновой «губке», которая имитирует естественную для них микросреду внутри организма. Все это позволяет максимально приблизить процесс выращивания клеток в условиях космоса к естественному. Кроме того, в реакторе располагается несколько контуров циркулирования питательной жидкости — если один из них выйдет из строя, остальные позволят обеспечивать клетки питанием и дальше.
Первый запуск биореактора с клетками состоялся в 2020 году. Всего в рамках программы, которая завершится в 2025 году, запланировано десять запусков, из которых восемь уже состоялись. Последние образцы вернулись с МКС на Землю этой весной.
Чтобы добиться длительного культивирования клеток, необходимо контролировать температуру, уровень кислорода и другие параметры. На Земле этот процесс давно отработан, однако ученым было необходимо адаптировать его для условий космического полета. Поэтому первые два запуска были посвящены проверке работоспособности биореактора на МКС — справится ли оборудование со своими задачами при 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 20 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.
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. Решить эту задачу ученые планируют в оставшиеся два запуска.
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.
Оборудование для 3D-биопечати обычно довольно громоздкое, что может быть критично в небольших космических кораблях. Поэтому ученые предлагают использовать для этих задач наработки, которые легли в основу разработанного в Сеченовском университете компактного портативного 3D-биопринтера «Биоган». На Земле он будет использоваться для печати тканей не отходя от постели пациента, прямо в области раны. В космосе же он пригодится для любых задач биопечати.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
