Мышцы для Марса: как невесомость помогает печатать человеческие ткани

Здоровье человека — это ахиллесова пята длительных космических путешествий. Чтобы защитить будущих покорителей далеких планет, ученые ищут способы изучать влияние невесомости на организм. Прорыв в этой области совершила команда исследователей из ETH Zurich, впервые напечатав сложную мышечную ткань в условиях нулевой гравитации. Эта технология открывает путь к тестированию лекарств для долгосрочных космических миссий прямо на орбите.

Проблема заключается в том, что в космосе тела астронавтов начинают стремительно разрушаться: слабеют кости и атрофируются мышцы. Чтобы найти противодействие этому, нужны реалистичные биологические модели, созданные в тех же условиях.

Именно над этим и работает группа ученых под руководством доктора Парта Чансориа. Чтобы воспроизвести мышечную ткань с высочайшей точностью, команда использовала параболические полеты на самолете, которые на короткое время создают эффект невесомости. Этот технический трюк приближает ученых к долгосрочной цели — выращиванию человеческих тканей на орбите для изучения болезней и разработки новых методов лечения.

Исследование было опубликовано в авторитетном журнале Advanced Science.

Почему производство в невесомости — это прорыв?

Создание тонких биологических структур, таких как мышечная ткань, — серьезный вызов в условиях земной гравитации. Цель — напечатать ткань, которая в точности повторяет природные структуры тела. Однако сила тяжести мешает этому процессу.

Для 3D-биопечати ученые используют специальное вещество — биочернила. Оно состоит из основы-носителя и живых клеток. Вес самих чернил и клеток заставляет структуры сжиматься или деформироваться до того, как материал успеет затвердеть. Кроме того, клетки могут оседать в чернилах неравномерно, что приводит к созданию менее реалистичных моделей.

В условиях микрогравитации эти разрушительные силы исчезают. Без структурного напряжения ученые могут создавать мышечные волокна с такой же ориентацией, как и в теле человека. Эта точность критически важна: только модели, достоверно отражающие строение человеческого тела, могут давать надежные результаты при тестировании новых препаратов или изучении развития болезней.

Новая система, не зависящая от гравитации

Для этого исследователи ETH разработали новую систему биофабрикации под названием G-FLight (Gravity-independent Filamented Light). Эта система позволяет всего за секунды создавать жизнеспособные мышечные конструкции.

Используя специально разработанную биосмолу, команда провела сеансы 3D-печати во время невесомости в рамках 30 параболических циклов. Результаты показали, что ткань, напечатанная в микрогравитации, имела схожую жизнеспособность клеток и количество мышечных волокон, что и ткань, созданная в условиях гравитации. Более того, разработанный процесс позволяет осуществлять долгосрочное хранение биосмол с клетками, что идеально подходит для будущего применения в космосе.

Модели болезней за пределами Земли

Успешное создание мышечных конструкций в невесомости представляет собой важный шаг вперед для тканевой инженерии в космических исследованиях и биомедицине. В перспективе эти методы планируется использовать для производства сложных человеческих органоидов и тканей на борту Международной космической станции или будущих орбитальных платформ.

Благодаря таким «органным моделям» ученые смогут в космосе проводить фундаментальные исследования: изучать такие заболевания, как мышечная дистрофия, или атрофию, вызванную невесомостью. Кроме того, на них можно будет тестировать эффективность лекарственных средств в системе, которая гораздо лучше отражает сложность человеческого организма. Ведь именно 3D-печать в невесомости позволяет выравнивать мышечные волокна с беспрецедентной точностью, создавая идеальную копию живой ткани.

Взгляд в будущее
Данная технология не только готовит почву для медицинского обеспечения полетов на Марс, но и имеет огромный потенциал на Земле. Отработанные в космосе методы печати совершенных тканей могут революционизировать регенеративную медицину, позволив в будущем создавать для трансплантации искусственные органы, не уступающие по сложности натуральным. Космос становится новой лабораторией, где решаются самые сложные задачи земного здравоохранения.