Tkanka mięśniowa z drukarki 3D – wytworzona w stanie nieważkości

Podczas pobytu w przestrzeni kosmicznej ciało astronautów ulega znacznemu osłabieniu i degradacji pod wpływem braku grawitacji. Aby rozwiązać ten problem i chronić zdrowie przyszłych pionierów kosmosu, naukowcy poszukują realistycznych modeli testowych, które pozwolą badać wpływ mikrograwitacji na tkanki ludzkie.

Zespół badawczy z ETH Zürich, kierowany przez Partha Chansorię, opracował innowacyjną metodę druku tkanki mięśniowej w warunkach mikrograwitacji, uzyskanych podczas lotów parabolicznych. Takie loty pozwalają na krótkotrwałe symulowanie stanu nieważkości. To osiągnięcie przybliża naukowców do długoterminowego celu, jakim jest hodowla ludzkich tkanek na orbicie – w celu badania chorób oraz opracowywania nowych terapii.

Dlaczego produkować tkanki w stanie nieważkości?

Wytwarzanie precyzyjnych struktur biologicznych, takich jak włókna mięśniowe, stanowi ogromne wyzwanie na Ziemi, gdzie grawitacja deformuje delikatne konstrukcje. Celem naukowców jest uzyskanie wydruków 3D wiernie odzwierciedlających naturalną strukturę ludzkiego mięśnia. Jednak ciężar tzw. bioatramentu – materiału nośnego zawierającego żywe komórki – powoduje, że struktury mogą zapadać się, zanim dojdzie do ich utrwalenia, a same komórki ulegają nierównomiernemu rozmieszczeniu.

W warunkach mikrograwitacji siły te przestają działać. Dzięki temu możliwe jest tworzenie włókien mięśniowych ułożonych dokładnie tak, jak w organizmie człowieka. To kluczowe dla wiarygodności modeli wykorzystywanych do testowania leków oraz badania procesów chorobowych.

System G-FLight – biofabrykacja niezależna od grawitacji

Zespół ETH opracował nowy system biofabrykacji o nazwie G-FLight (Gravity-independent Filamented Light), który pozwala w ciągu kilku sekund wytwarzać żywotne konstrukty mięśniowe. Użyto specjalnej żywicy biologicznej, a proces druku 3D przeprowadzono w fazach nieważkości podczas 30 cykli parabolicznych.

Wyniki pokazały, że wydrukowane w stanie nieważkości tkanki charakteryzowały się porównywalną żywotnością komórek i podobną liczbą włókien mięśniowych jak próbki drukowane na Ziemi. Co więcej, opracowana metoda umożliwia długoterminowe przechowywanie biożywic z komórkami, co otwiera nowe możliwości dla przyszłych zastosowań kosmicznych.

Modele chorób poza Ziemią

Udane wytworzenie tkanki mięśniowej w mikrograwitacji stanowi znaczący krok naprzód w inżynierii tkankowej, badaniach kosmicznych i biomedycynie. W przyszłości planowane jest tworzenie bardziej złożonych organoidów i tkanek ludzkich na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej oraz innych platform orbitalnych. Takie modele umożliwią badania nad chorobami, m.in. dystrofią mięśniową czy zanikami mięśni wywołanymi nieważkością. Ponadto pozwolą testować skuteczność leków w systemach, które lepiej odwzorowują złożoność ludzkiego organizmu.

Źródło: Advanced Science, “Prolonged Cell Encapsulation and Gravity-independent Filamented Light Biofabrication of Muscle Constructs”
DOI: http://dx.doi.org/10.1002/advs.202512727