Bioprinting 3D
Wyobraźmy sobie, że ktoś potrzebuje przeszczepu serca, a naukowcy pobierają komórki od tej osoby, aby stworzyć dla niej zupełnie nowe serce. Badania prowadzone na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pomagają przybliżyć realizację tego marzenia. Proces drukowania 3D (znany również jako produkcja addytywna) umożliwia projektowanie i produkcję jedynych w swoim rodzaju przedmiotów wykonanych z tworzyw sztucznych, metalu i innych materiałów, w tym narzędzi, sprzętu, a nawet budynków. Druk biologiczny lub biodruk wykorzystuje żywe komórki, białka i składniki odżywcze jako surowce i ma potencjał do wytwarzania ludzkich tkanek do leczenia urazów i chorób oraz do tworzenia całych narządów do przeszczepów. W ziemskiej grawitacji biodruk wymaga rusztowania lub innego rodzaju struktury podtrzymującej tkanki, ale w warunkach bliskich nieważkości na orbicie stacji kosmicznej tkanki rosną w trzech wymiarach bez takiego wsparcia. Redwire Corporation opracowała BioFabrication Facility (BFF) jako część większego celu, jakim jest wykorzystanie mikrograwitacji do biodrukowania ludzkich narządów. Magazyn Popular Science niedawno przyznał BFF nagrodę Best of What's New Award 2023 w kategorii Zdrowie. Nagrody te, przyznawane od 1988 roku, wyróżniają "przełomowe innowacje zmieniające nasz świat", według Popular Science, oraz "radykalne pomysły, które poprawiają nasze codzienne życie i naszą przyszłość". Obecne badanie, BFF-Cardiac, wykorzystuje BFF do oceny drukowania i przetwarzania próbek tkanek serca. Choroby układu krążenia są główną przyczyną zgonów w Stanach Zjednoczonych. Dorosła tkanka serca nie jest w stanie się zregenerować, więc uszkodzona tkanka serca jest w większości zastępowana tkanką bliznowatą, która może blokować sygnały elektryczne i zapobiegać prawidłowym skurczom serca. Badanie to może pomóc w opracowaniu plastrów zastępujących uszkodzoną tkankę - a ostatecznie w stworzeniu zastępczych serc. Praca ta stanowi duży krok w kierunku rozwiązania znacznej luki między liczbą potrzebnych narządów do przeszczepu a dostępnymi dawcami. Badanie BFF-Meniscus i kontynuacja badania BFF-Meniscus-2 zaowocowały pierwszym udanym biodrukiem ludzkiej łąkotki kolana na orbicie przy użyciu BioFabrication Facility na stacji kosmicznej, ogłoszonym we wrześniu 2023 roku. Urazy układu mięśniowo-szkieletowego, w tym zerwanie łąkotki, są jednymi z najczęstszych urazów w wojsku amerykańskim, a ten kamień milowy jest krokiem w kierunku opracowania ulepszonych metod leczenia na ziemi i dla członków załogi, którzy doświadczą urazów układu mięśniowo-szkieletowego podczas przyszłych misji kosmicznych. Po wstępnym wydrukowaniu i okresie wzrostu w warunkach mikrograwitacji, tkanki powróciły na Ziemię w celu przeprowadzenia dodatkowych analiz i testów. Rosyjska państwowa agencja kosmiczna ROSCOSMOS uruchomiła w 2018 r. sprzęt 3D MBP, który obejmował drukarkę magnetyczną o nazwie Organ.Aut. Seria eksperymentów w latach 2018-2020 wykazała, że podejście to może tworzyć konstrukcje tkankowe, pomagając utorować drogę do dodatkowych badań nad produkcją sztucznych narządów. Technologia biodruku może również tworzyć sztuczne siatkówki, aby pomóc przywrócić wzrok 30 milionom ludzi na całym świecie, którzy cierpią na zwyrodnieniowe choroby siatkówki. Jednym ze sposobów wytwarzania sztucznych siatkówek jest technika polegająca na naprzemiennym nakładaniu warstw aktywowanego światłem białka i spoiwa na folię. Na Ziemi grawitacja wpływa na jakość tych filmów, ale naukowcy podejrzewali, że filmy tworzone w mikrograwitacji będą bardziej stabilne i będą miały wyższą przejrzystość optyczną. Produkcja sztucznej siatkówki na bazie białek jest jednym z kilku badań prowadzonych przez LambdaVision Inc. we współpracy z deweloperem Space Tango Inc. w celu opracowania i walidacji kosmicznych metod produkcji sztucznych siatkówek. Firma konsekwentnie produkowała wiele 200-warstwowych sztucznych siatkówek w warunkach mikrograwitacji, a obecnie pracuje nad komercjalizacją swojego sprzętu i strategii rozwoju innych terapii i leków. Bioprint FirstAid, badanie przeprowadzone przez ESA (Europejską Agencję Kosmiczną) i Niemiecką Agencję Kosmiczną (DLR), zademonstrowało działanie prototypu przenośnej ręcznej drukarki biologicznej, która tworzy plaster z własnych komórek skóry pacjenta. Przestrzeń kosmiczna powoduje zmiany w procesie gojenia się ran, a takie niestandardowe opatrunki mogłyby przyspieszyć gojenie podczas przyszłych misji na Księżyc i Marsa. Wykorzystanie hodowanych komórek pacjenta zmniejsza ryzyko odrzucenia przez układ odpornościowy, a urządzenie oferuje większą elastyczność w zakresie rozmiaru i położenia rany. Ponieważ urządzenie jest małe i przenośne, pracownicy służby zdrowia mogliby zabrać je niemal w dowolne miejsce na Ziemi. Badanie wykazało, że urządzenie działa zgodnie z przeznaczeniem w mikrograwitacji, a naukowcy badają plastry wydrukowane w kosmosie i porównują je z próbkami wydrukowanymi na ziemi przed podjęciem kolejnego kroku. Bioprinting w mikrograwitacji mógłby również umożliwić produkcję żywności i leków na żądanie podczas przyszłych misji kosmicznych. Takie możliwości zmniejszyłyby masę i koszt materiałów potrzebnych do uruchomienia i pomogłyby utrzymać zdrowie i bezpieczeństwo członków załogi podczas całej misji. Badanie 3D Printing In Zero-G, które rozpoczęło się w 2014 roku, wykazało, że proces drukowania 3D z materiałów nieorganicznych, takich jak plastik, działa normalnie w warunkach mikrograwitacji.1 Druk 3D mógłby zmniejszyć potrzebę pakowania kosztownych części zamiennych podczas przyszłych misji długoterminowych i pomóc rozwiązać problem próby przewidzenia każdego narzędzia lub przedmiotu, który może być potrzebny podczas misji. Po dodaniu możliwości biodruku, załoga może być w stanie wydrukować w 3D niemal wszystko, czego potrzebuje - od zapasowego śrubokręta po zapasowe kolano. John Love, naukowiec ds. integracji planowania badań na ISS Ekspedycja 70 Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej. Cytowania: 1 Prater TJ, Bean QA, Werkheiser N, Grguel R, Beshears RD, Rolin TD, Huff T, Ryan RM, Ledbetter III FE, Ordonez EA. Analiza próbek z fazy I misji demonstracyjnej druku 3D w technologii Zero G. Rapid Prototyping Journal. 2017 October 6; 23(6): 1212-1225. DOI: 10.1108/RPJ-09-2016-0142.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
