Omvendt, 3-D-printet hud og knogler til Mars opdagelsesrejsende

3-D-print af menneskeligt væv kan hjælpe med at holde astronauter sunde hele vejen til Mars. Et ESA-projekt har produceret sine første bioprintede hud- og knogleprøver.

Disse state-of-the-art prøver blev udarbejdet af forskere fra universitetshospitalet i Dresden Technical University (TUD), del af projektkonsortiet sammen med OHB System AG som hovedentreprenør, og biovidenskabsspecialist Blue Horizon.

"Hudceller kan bioprintes ved hjælp af humant blodplasma som et næringsrigt 'bio-blæk' - hvilket ville være let tilgængeligt fra missionens besætningsmedlemmer, " kommenterer Nieves Cubo fra TUD.

"Imidlertid, plasma har en meget flydende konsistens, gør det vanskeligt at arbejde med under ændrede gravitationsforhold. Vi udviklede derfor en modificeret opskrift ved at tilføje methylcellullose og alginat for at øge substratets viskositet. Astronauter kunne få disse stoffer fra henholdsvis planter og alger, en mulig løsning til en selvstændig rumekspedition.

"Produktion af knogleprøven involverede udskrivning af menneskelige stamceller med en lignende bio-blæksammensætning, med tilsætning af en calciumphosphat knoglecement som et struktur-understøttende materiale, som efterfølgende absorberes i vækstfasen."

For at bevise, at bioprintteknikken kunne overføres til rummet, udskrivning af både hud- og knogleprøver foregik på hovedet. Med langvarig adgang til vægtløshed upraktisk, udfordringen med en sådan "minus 1 G" test repræsenterede den næstbedste mulighed.

Prøverne repræsenterer de første trin i en ambitiøs end-to-end køreplan for at gøre 3-D bioprint praktisk i rummet. Projektet undersøger den slags ombord faciliteter, der ville være påkrævet, med hensyn til udstyr, operationsrum og sterile miljøer, samt evnen til at skabe mere komplekst væv til transplantationer - kulminerende i sidste ende i udskrivning af hele indre organer.

"En rejse til Mars eller andre interplanetariske destinationer vil involvere flere år i rummet, " kommenterer Tommaso Ghidini, leder af ESA's Structures, Mekanismer og materialer division, tilsyn med projektet.

"Besætningen vil løbe mange risici, og det vil ikke være muligt at vende hjem tidligt. At medbringe nok medicinske forsyninger til alle mulige eventualiteter ville være umuligt i den begrænsede plads og masse af et rumfartøj.

"I stedet, en 3-D bioprint-funktion vil lade dem reagere på medicinske nødsituationer, når de opstår. I tilfælde af forbrændinger, for eksempel, splinterny hud kunne bioprintes i stedet for at blive podet fra andre steder på astronautens krop, laver sekundær skade, der måske ikke heler let i orbitalmiljøet.

"Eller i tilfælde af knoglebrud - mere sandsynligt af pladsens vægtløshed, kombineret med den delvise 0,38 Jordens tyngdekraft på Mars - erstatningsknogle kunne indsættes i skadede områder. I alle tilfælde ville det biotrykte materiale stamme fra astronauten selv, så der ville ikke være noget problem med transplantationsafvisning."

Med 3-D bioprinting, der skrider støt frem på Jorden, dette projekt er det første til at adoptere det fra planeten, forklarer Tommaso:"Det er et typisk mønster, vi ser, når lovende terrestriske teknologier først bliver udnyttet til rummet, lige fra kameraer til mikroprocessorer. Der skal gøres mere med mindre, at få tingene til at fungere i det udfordrende rummiljø, så forskellige elementer af teknologien bliver optimeret og miniaturiseret.

"Tilsvarende vi håber, at det arbejde, vi udfører med 3-D bioprinting, også vil hjælpe med at fremskynde dets fremskridt på Jorden, fremskynde dens udbredte tilgængelighed, at bringe det til folk endnu før."

Projektet 3D-udskrivning af levende væv til rumudforskning er støttet gennem ESA Basic Activities inden for Discovery and Preparation-elementet, og ledet af OHB System AG i Tyskland i samarbejde med Center for Translational Bone, Fælles- og blødvævsforskning ved TU Dresden i Tyskland.