Russiske rumforsøg fører til en ny 3D-bioprintningsteknik

Takket være forskning i magnetisk levitation i forhold til mikrogravitation, forskere har udviklet en ny teknologi til 3D-udskrivning af biologiske væv. I fremtiden, denne teknologi vil bidrage til at skabe strålingsfølsomme biologiske konstruktioner og reparere beskadigede væv og menneskelige organer. Resultaterne offentliggøres i Biofabrikation .

Der er mange metoder til 3-D bioprinting. De fleste af dem bruger en bestemt lag-for-lag-ramme for de biologiske væv. Det resulterende bulkmateriale sendes derefter til inkubatoren, hvor dyrkningen fortsætter. Der er måder, hvorpå biologiske objekter udvikles uden brug af en flerlags tilgang, for eksempel, magnetisk bioprintning, hvor cellematerialet ledes til den ønskede placering ved hjælp af magnetiske felter. I dette tilfælde, cellerne skal mærkes på en eller anden måde med magnetiske nanopartikler.

Forskerne fra virksomheden 3D Bioprinting Solutions udviklede i samarbejde med de andre russiske og udenlandske forskere den nye metode, som gør det muligt for forskere at oprette 3-D biologiske objekter uden brug af lag-for-lag tilgang og magnetiske etiketter. Denne nye metode blev udviklet med bidrag fra Joint Institute for High Temperatures fra det russiske videnskabsakademi (JIHT RAS).

"I perioden fra 2010 til 2017, en række eksperimentelle undersøgelser blev udført ombord på det russiske orbital -segment på den internationale rumstation med Coulomb Crystal -forsøgsenheden. Enhedens hovedelement er en elektromagnet, der skaber et specielt inhomogent magnetfelt, hvori de diamagnetiske partiklers strukturer (de er magnetiseret mod magnetfeltets retning) kan dannes under mikrogravitationsbetingelserne, "siger medforfatter Mikhail Vasiliev, laboratorieleder for støvet plasmadiagnostik i JIHT RAS.

I deres eksperimentelle undersøgelse, JIHT -forskerne beskrev, hvordan små ladede partikler opfører sig i magnetfeltet i en særlig form under mikrogravitationsbetingelserne, inklusive nul tyngdekraft. Ud over, forskerne udviklede en matematisk model af denne proces baseret på metoderne til molekylær dynamik. Disse resultater forklarer, hvordan man opnår homogene og udvidede tredimensionelle strukturer bestående af tusinder af partiklerne.

De konventionelle metoder til magnetisk 3D-bioprinting havde en række begrænsninger forbundet med tyngdekraften. For at reducere tyngdekraftens påvirkning, man kan øge effekten af ​​magneter, der styrer magnetfeltet. Imidlertid, dette vil komplicere bioprinteren betydeligt. Den anden måde er at reducere tyngdekraften. En gruppe forskere fra 3D-bioprinting-løsninger anvendte denne fremgangsmåde. Den nye metode kaldes formativ tredimensionel biofabrik, og det skaber tredimensionelle biologiske strukturer ikke i lag, men umiddelbart fra alle sider. Forskerne anvendte de eksperimentelle data og resultaterne af den matematiske modellering opnået af JIHT RAS -forskerne til at kontrollere formen på sådanne strukturer.

"Resultaterne af Coulomb-krystaleksperimentet om undersøgelsen af ​​dannelsen af ​​de rumligt ordnede strukturer førte til udviklingen af ​​en ny metode til den formative 3-D biofaktori af de vævslignende strukturer baseret på den programmerbare selvsamling af de levende væv og organer under tyngdekraften og mikrogravitation ved hjælp af et inhomogent magnetfelt, "sagde forfatteren.

Bioprinters baseret på den nye teknologiapplikation vil være i stand til at oprette forskellige biologiske konstruktioner, der kan bruges, for eksempel, at estimere de negative virkninger af rumstråling på astronauters sundhed på langsigtede rummissioner. Ud over, denne teknologi vil kunne genoprette funktionen af ​​de beskadigede væv og organer i fremtiden.