Летом 2023 года был впервые преодолен важный рубеж, когда мениск коленного сустава человека был успешно «напечатан» с помощью мезенхимальных стромальных клеток (MСК) в условиях невесомости на борту Международной космической станции (МКС).
Чтобы это достижение стало возможным, была задействована большая команда сотрудников. Отдел биомедицинских исследований военно-медицинского университета (4DBio3 Центр) провел серию экспериментов с целью улучшения методов лечения таких травм, как разрыв мениска. Установка 3D-биопринтирования была создана американской аэрокосмической компанией Redwire, цель которой — ускорить экспансию человечества в космос. Кстати, их устройство для 3D-печати получило награду журнала Popular Science как «Лучшая из новинок» 2023 года. Исходный материал для эксперимента был взят из готовых к печати культуральных флаконов с клетками, поставляемых компанией RoosterBio. Продукт был специально разработан для использования MСК в качестве чернил для биопринтеров; каждый флакон содержал 50 миллионов клеток, готовых к размораживанию и печати. Наконец, ракеты Dragon от SpaceX доставили МСК на борт МКС, а после завершения миссии вернули на Землю экипаж, оборудование и новый мениск.
Микрогравитация на околоземной орбите позволяет выращивать биоинженерные материалы, которые невозможно создать на Земле. Хорошо известно, что МСК относятся к «адгезивному» (прилипающему) типу клеток, и большинство из них погибнет, если не смогут закрепиться на поверхности. Вот почему многие академические лаборатории выращивают MСК на большом количестве флаконов, процесс трудоемкий и трудно масштабируемый. Фармацевтические компании, которым требуется большое количество MСК для готовых терапевтических продуктов, используют биореакторы. Но и здесь потребность в адгезии клеток остается, и биореакторы удовлетворяют эту потребность с помощью различных методов: резервуаров с перемешиванием, содержащих микроносители, вращающихся полых волокон и т.д. Следующим шагом в создании органов является необходимость поместить клетки в трехмерную структуру. Один из способов сделать это — создать каркас, за который смогут «цепляться» клетки. Каркасы часто используют для выращивания, начиная от простых структур, таких как кость, и заканчивая целым человеческим сердцем. Однако проблема выращивания новых функциональных органов из клеток возникает, когда толщина слоев ткани превышает несколько клеток; на этом этапе клетки откладываются неравномерно, и им нужны кровеносные сосуды для их питания. На низкой околоземной орбите объекты на МКС постоянно находятся в свободном падении и нет никакой опасности, что слои клеток «прогнутся» под собственным весом. Но при этом МСК все равно нужно к чему-то прикрепляться. Один из способов — 3D-печать клеток, суспендированных в биологических чернилах. Биочернила основаны на гидрогелях, которые должны попадать в так называемое «окно биопечати», то есть быть достаточно стабильными по размерам для 3D- конструкций с высокой точностью формы и в то же время быть достаточно мягкими, чтобы встроенные клетки смогли выживать и функционировать. Работая в космосе, можно печатать органы с очень равномерно распределенными клетками. Этот тип тканевой инженерии невозможен на Земле.
Если жизненно важные органы для трансплантации можно будет выращивать в космосе, соотношение затрат и выгод от этого начинания, вероятно, будет благоприятствовать биологическому производству в космосе. Долгосрочная надежда состоит в том, что человечество в будущем колонизирует космос. Способность выращивать клетки на борту космических кораблей станет важнейшим компонентом медицинского инструментария для астронавтов дальнего следования. Во время длительного путешествия в космосе им необходимо будет пережить многократное воздействие ионизирующего излучения, преодолеть длительную невесомость, понадобятся лекарства, если они заболеют раком или органной недостаточностью. Вдобавок ко всему, астронавтам понадобится пища, и мясо, выращенное в лабораторных условиях, вероятно, станет частью их рациона. Преодоление проблем биопечати MСК на орбите является первым шагом к достижению этих долгосрочных амбициозных целей.
