Опыты на МКС помогли ученым из России создать уникальный 3D-биопринтер
Опыты на борту МКС помогли российским физикам создать устройство, способное "печатать" фрагменты кожи и других сложных многослойных тканей, не используя предварительно подготовленных шаблонов и каркасов. "Инструкции" по сборке такого трехмерного принтера были опубликованы в журнале Biofabrication.
"С 2010 по 2017 год на российском сегменте МКС проходил цикл уникальных экспериментов на установке "Кулоновский кристалл". Внутри нее установлен электромагнит, создающий особое неоднородное магнитное поле, где могут формироваться структуры из частиц, намагничивающихся против направления поля", - рассказывает Михаил Васильев из Объединенного института высоких температур РАН в Шатуре.
Эти опыты привели к относительно неожиданным результатам. Васильев и его коллеги, в том числе ученые из Института морфологии человека РАН, МЭИ и ряда американских и европейских вузов, использовали эти данные для создания прибора, больше связанного с биологией, чем с физикой или химией - полноценного биологического 3D-принтера.
За последние годы биологи и инженеры создали несколько десятков устройств, способных "печатать" культурами стволовых или специализированных клеток. Первые подобные гаджеты могли выращивать только очень простые, однослойные живые структуры, не похожие на реальные ткани тела, однако постепенно они "научились" вырабатывать более сложные ткани, в том числе аналоги кожи.
Несмотря на большой прогресс, современные 3D-биопринтеры не лишены недостатков. Как правило, для их работы необходим "каркас" - матрица из полимеров, удерживающая напечатанную ткань от распада и позволяющая клеткам "дышать" и получать нутриенты. В свою очередь, для печати по-настоящему "трехмерных" конструкций нужен большой набор разных магнитных меток, позволяющий ученым манипулировать положением клеток внутри будущих органов.
Опыты ученых на МКС позволили им и представителям одного из российских стартапов создать первый биопринтер, не требующий подобных расходных материалов и работающий в несколько раз быстрее остальных установок подобного рода.
"Кулоновский кристалл", как рассказывает пресс-служба Российского научного фонда, помог российским физикам выяснить, как ведут себя в невесомости мелкие заряженные частицы, помещенные в мощное магнитное поле специальной формы, и создать компьютерную модель их движения.
Используя эти системы, физики и подключившиеся к ним биологи выяснили, как можно получать однородные и протяженные трехмерные структуры из тысяч частиц, в том числе и клеток, используя подобные магнитные "левитаторы" и небольшое число атомов гадолиния, редкоземельного металла.
Для проверки работоспособности принтера, ученые использовали его для сборки сложных структур из миниатюрных "шариков", состоящих из хрящевых клеток овцы. Как показали первые опыты, новый биопринтер может печатать такие конструкции в разы быстрее, чем его "конкуренты", и при этом он не требует применения большого количества потенциально токсичных материалов.
Подобные биопринтеры смогут создавать различные биологические конструкции, которые можно будет использовать, например, для оценки действия радиации на здоровье космонавтов при длительных полетах в космос. Также, по заявлениям авторов, в перспективе эта технология сможет восстанавливать поврежденные ткани и органы.
