Всеки орган в човешкото тяло зависи от сложна организация на клетките. Например, чернодробните и бъбречните клетки, както и съответните им поддържащи тъкани, трябва да са разположени на правилните места, за да може органът да функционира правилно. Възпроизвеждането на тази клетъчна организация се превърна в едно от най-големите предизвикателства в биопечатането, където учените използват живи клетки като „мастило“, за да изграждат биологични структури слой по слой.

Интересното е, че нов експеримент на борда на Международната космическа станция сочи, че микрогравитацията може да помогне за преодоляването на част от този проблем.

С помощта на орбитален биопринтер базираната в Калифорния компания Auxilium Biotechnologies успешно произведе в Космоса тъкани, съдържащи човешки бъбречни, чернодробни и хрущялни клетки, което бележи първото документирано създаване на бъбречни и чернодробни тъкани извън Земята.

„Успешното биопечатане на жива чернодробна и бъбречна тъкан на борда на Международната космическа станция бележи важна крачка напред за регенеративната медицина“, заяви Антъни Атала, един от изследователите и директор на Института за регенеративна медицина „Уейк Форест“ в Северна Каролина.

Въпреки че мисията не доведе до получаването на органи, подходящи за трансплантация, тя показа, че микрогравитацията може да спомогне за по-равномерното разпределение на клетките в отпечатаните тъкани – важна стъпка към създаването на живи тъкани и други сложни биологични структури в космоса. Биопечатът отбеляза бърз напредък през последното десетилетие, което породи надежди, че учените в крайна сметка ще могат да създават тъкани за регенеративна медицина, изследвания на заболявания и тестване на лекарства. Въпреки това едно препятствие остава изненадващо трудно за преодоляване: гравитацията.

Когато клетките и микроскопичните частици се смесят в биомастило, гравитацията води до това, че с течение на времето те се разпръскват и утаяват. Това движение може да доведе до пренаселени с клетки зони, докато други съдържат твърде малко.

Този ефект е подобен на това как боровинките потъват на дъното на тестото за мъфини, преди то да се изпече. В живите органи обаче различните видове клетки трябва да заемат много конкретни позиции. Ако тези клетки са разпределени неравномерно или се окажат на грешни места, тъканта може да не функционира както е предвидено. Изследователите от Auxilium за първи път се сблъскаха с това предизвикателство, докато разработваха импланти за възстановяване на нерви, версии на които вече преминават през клинични изпитвания.

Компанията искаше частиците, съдържащи лекарството, да останат равномерно разпределени в имплантите, така че възстановяващите се нерви да получават постоянен приток от регенеративни съединения. Тъй като тези частици имаха тенденция да се утаяват под въздействието на земното притегляне, компанията започна да проучва дали микрогравитацията би могла да осигури по-добър контрол върху тяхното разположение.

За да намали ефектите от утаяването, причинено от гравитацията, Auxilium изпрати своя орбитален биопринтер AMP-1 на МКС през 2024 г. Последната мисия разшири тези усилия от медицински импланти към производството на тъкани. Изследователи от Института за регенеративна медицина „Уейк Форест“ предоставиха човешки бъбречни и чернодробни клетки, както и проекти за тъкани, докато екипът на Auxilium осигури орбиталната производствена платформа, способна да произвежда тъканите в условия на микрогравитация. По време на мисията биопринтерът AMP-1 на Auxilium създаде тъкани на бъбрек, черен дроб и хрущял на борда на МКС, като използва специализирани биомастила, съдържащи живи клетки.

Инженерите наблюдаваха принтера от Земята чрез камери на борда и можеха да качват нови инструкции, когато това беше необходимо, което им позволяваше да променят операциите по печат по време на мисията. Компанията описа мисията и като първата демонстрация на мащабируема платформа за биопроизводство на различни продукти в орбита. За разлика от много предишни демонстрации на космическо производство, които се фокусират върху един-единствен продукт или експеримент за доказване на концепцията, тази мисия показа, че една автономна платформа може да произвежда различни видове тъкани и имплантируеми медицински продукти по време на един и същ оперативен цикъл.

В момента учените анализират върнатите проби, за да разберат по-добре как микрогравитацията е повлияла на качеството на тъканите и клетъчната организация. Въпреки този важен напредък обаче, учените все още са далеч от отпечатването на напълно функционални заместващи органи в орбита. Структурите, създадени по време на мисията, бяха експериментални тъкани, а не пълноценни органи, подходящи за трансплантация.

Затова засега това постижение е по-скоро ранна стъпка, отколкото медицински пробив. Всяко бъдещо използване на тъкани, произведени в космоса, при пациенти е все още далеч в бъдещето, а изследователите все още трябва да докажат ясни предимства спрямо методите на производство на Земята.

Все пак резултатите предлагат убедителни доказателства, че премахването на гравитацията от производствения процес може да помогне за решаването на проблема с поддържането на клетките точно там, където трябва да бъдат.

Снимка: Unsplash/Auxilium Biotechnologies

Виж още: Ключът към борбата със загубата на памет в мозъка се оказа в... стомаха