Эта технология — часть подготовки к освоению дальнего космоса. С помощью 3D-биопечати космонавты смогут восстанавливать организм после травм и болезней во время долгих межпланетных перелётов.

Клетка в космосе

Люди мечтали о полётах в космос и колонизации других планет ещё до запуска первых спутников. В 1634 году немецкий астроном Иоганн Кеплер написал фантастическую повесть о жизни человека на Луне.

Сегодня космические путешествия становятся реальностью: первый пилотируемый полёт на Марс может состояться в 2029 году. Однако такие полёты опасны, космонавты могут получить травмы, ожоги, переломы и другие повреждения, которые потребуют пересадки тканей или органов. Учёные Сеченовского Университета Минздрава России предлагают решать эти проблемы с помощью 3D-биопечати.

Процесс 3D-биопечати в условиях микрогравитации не отличается от такового на Земле: биочернила выходят из сопла под давлением, что позволяет формировать структуры.

После печати образец ткани нужно культивировать в биореакторе. Это важный этап, так как в космическом полёте по-другому работают механизмы перекачивания и распределения жидкости внутри контуров биореактора. Без этого этапа не обойтись, потому что после печати «заготовку» с клетками нужно дорастить в биореакторе, — пояснил научный руководитель Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского Университета Петр Тимашев.

Учёные Сеченовского Университета вместе с научно-производственным предприятием «БиоТехСис» выполняют космическую программу для РКК „Энергия“. Они разрабатывают технологию выращивания клеток в условиях низкой гравитации.

В условиях невесомости

Цель проекта — создать в космосе аналог человеческих тканей. Это нужно для будущих космических полётов. На Земле мы уже умеем выращивать кожу, хрящи и некоторые другие ткани. Теперь надо научиться делать это в условиях микрогравитации за пределами нашей планеты, — сказал Пётр Тимашев.

Специалисты «БиоТехСис» разработали многоячеечный проточный культиватор „МСК-2“. Он относится к капиллярному типу и воспроизводит среду микроциркуляторного русла, где артерии соединяются с венами. Клетки выращиваются в коллагеновой „губке“, которая имитирует естественную для них микросреду внутри организма. Это позволяет выращивать клетки в космосе приближенно к естественным условиям.

В реакторе есть несколько контуров циркулирования питательной жидкости. Если один из них выйдет из строя, остальные позволят обеспечивать клетки питанием.

Первый запуск биореактора с клетками был в 2020 году. Всего до 2025 года запланировано 10 запусков, 8 из них уже состоялись. Последние образцы вернулись с МКС на Землю весной.

Чтобы клетки долго культивировались, нужно контролировать температуру, уровень кислорода и другие параметры. На Земле этот процесс отработан, но его нужно было адаптировать для условий космоса. Поэтому первые два запуска проверили работоспособность биореактора на МКС.

Первые запуски показали, что устройство безопасно для космических полётов и может поддерживать условия для выращивания клеток человека вне организма. На орбите побывали фибробласты, хондроциты и стволовые клетки. Клетки выживали в среднем около 20 дней на борту с реактором.

Пётр Тимашев сообщил, что в последнем эксперименте клетки проникли вглубь материала и сформировали биоэквивалент кожи человека.

Заправка на орбите

Одна из задач на следующие два запуска — научить космонавтов самостоятельно перезаправлять биореактор. В будущем он будет работать месяцы и годы, поэтому важно, чтобы с заменой питательной среды мог справиться любой человек.

Перезаправку проводят в стерильном боксе, чтобы не загрязнить культуру клеток. Процесс несложный, но космонавтам нужно будет привыкнуть к работе с мелкими деталями.

В космосе любые манипуляции становятся экспериментом. Даже простая перезаправка биореактора, — отметил Пётр Тимашев.

На основе результатов, полученных к 2025 году, будут сформированы задачи для следующей космической программы. Одна из них — испытание работы портативных моделей биопринтера в условиях микрогравитации.

Для решения этой задачи учёные предлагают использовать компактный портативный 3D-биопринтер «Биоган», разработанный в Сеченовском Университете. На Земле он будет применяться для печати тканей прямо у постели пациента, а в космосе пригодится для любых задач биопечати.

3D-биопринтер и биореактор могут пригодиться в космосе для производства еды во время долгосрочных миссий, когда требуется больше материалов, чем вмещает космический корабль.

По мнению учёных, обеспечение пищей будущих путешественников в дальний космос — вторая по важности проблема после высокого уровня радиации, которую нужно решить человечеству для полётов на Марс и другие далёкие планеты.

Культивируемое мясо доступно уже сегодня, хотя и стоит дороже натурального. Но в длительных полётах оно может стать источником животного белка.