Космонавт-испытатель Олег Кононенко

Олег Кононенко готовится к биопечати

Фото: 3D Bioprinting Solutions

На Международной космической станции завершился первый в мире эксперимент по созданию на орбите живых тканей — биофабрикации. Космонавт-испытатель Олег Кононенко напечатал на магнитном 3D-биопринтере «Органавт» хрящевую ткань трахеи человека и ткань щитовидной железы мыши. Целью эксперимента была апробация формативной технологии биопечати в условиях космической микрогравитации и изучение влияния этих условий на эффективность процесса создания живых тканей и органных конструктов.

Для работы в ограниченном пространстве МКС в 3D Bioprinting Solutions сделали биопринтер очень компактным. Аппарат снабжен кюветами для биоматериала специальной конструкции и шестью магнитными сердечниками, чтобы производить шесть опытов сразу, экономя рабочее время космонавтов.

В отличие от аддитивной технологии биопечати, когда клетки укладываются послойно, при использовании формативной технологии живая ткань создается путем одновременного слияния в жидкости множества клеточных элементов по заданному алгоритму. Микрогравитация облегчает этот cвоеобразный клеточный «тетрис» — управляемое движение клеток в магнитном поле.

Математическим моделированием эксперимента занимались специалисты МГУ имени М.В. Ломоносова и Института высоких температур РАН, ранее проводившие опыты в космосе с неживыми объектами и адаптировавшие свои алгоритмы для биопечати.

Опыты проводились в течение недели. 20 декабря напечатанный в космосе биологический материал вернется на Землю на корабле «Союз МС-09». Ученым предстоит проанализировать полученный конструкт, структуру тканей и характер взаимодействия между клетками. И сравнить живую продукцию «Органавта» с образцами, созданными ранее в земной лаборатории посредством аддитивной технологии.

Ожидается, что результаты эксперимента приблизят исследователей к новой области космической медицины — биофабрикации, позволив изучать процессы в человеческих тканях в условиях невесомости, а также влияние космической радиации на микроорганы человека с целью создания лекарственных препаратов и систем защиты от излучения.

«Нам удалось создать инфраструктуру для проведения подобных опытов на российском сегменте МКС, — сообщил Юсеф Хесуани, управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions. — И у нас уже есть договоренность с инновационными российскими, израильскими и американскими стартапами, заинтересованными в проведении такого рода экспериментов с использованием российской аппаратуры».

Заказчик — российский бизнес

Соглашение о проведении эксперимента на российском сегменте МКС между 3D Bioprinting Solutions и РКК «Энергия», входящей в госкорпорацию «Роскосмос», было подписано два года назад. Впервые инициатором и постановщиком серьезного научного эксперимента на орбите выступила российская, а не зарубежная частная компания. Поэтому многие организационные вопросы государственно-частного взаимодействия не были отработаны. Однако для «Роскосмоса» был крайне важен вопрос национального приоритета в области биофабрикации на орбите, поэтому технологическую подготовку эксперимента провели в сжатые сроки — за полтора года (обычно реализация проекта за бюджетные деньги занимает не менее пяти лет). Вместе со "Сколково" были разработаны меры по снижению административных барьеров для участия в космической программе российских инновационных компаний и новый регламент работы с «Роскосмосом», который предполагается использовать в дальнейших проектах.

В данном проекте расходы по доставке биопринтера на орбиту и проведение эксперимента на МКС взяла на себя госкорпорация, а 3D Bioprinting Solutions финансировала подготовку на Земле. По словам Хесуани, организовать левитацию клеток в голландской лаборатории, оснащенной магнитом мощностью 19 Тесла, обходится дороже, чем в космосе.

Мясо и бактерии

Процесс биопечати в капсуле "Органавта" 

Фото: 3D Bioprinting Solutions

Подвести итоги и опубликовать результаты эксперимента предполагается в первой половине 2019 года. В феврале эксперимент по биопечати в космосе наметили провести американские ученые. Как пояснил Хесуани, они планируют тестировать классическую аддитивную технологию и намерены «победить» микрогравитацию на МКС, в то время как в российском эксперименте гравитация используется в качестве триггера. В отличие от аддитивных технологий, где органные конструкты формируются без оболочки, в условиях микрогравитации клетки сами образуют капсулу вокруг конструкта, и этот процесс еще предстоит изучить.

Вполне вероятно, что для печати микроорганов разного типа потребуются различные технологии. Помимо аддитивной технологии, использованной для создания конструкта эндокринной железы, и формативной технологии, подходящей для создания трубчатых органов, в лаборатории апробируют технологию in-situ, то есть выращивание хрящевой и кожной ткани с целью замещения дефектов прямо на теле в условиях операционной.

В дальнейшем 3D Bioprinting Solutions предполагает провести на орбите эксперименты по синтезированию мяса и изучению поведения бактерий в условиях микрогравитации. Опыты на Земле показывают, что стресс микрогравитации заметно влияет на скорость образования биопленок и приобретение резистентности к антибиотикам.

Миссия невыполнима?

Основатель 3D Bioprinting Solutions, генеральный директор медицинской компании «Инвитро» Александр Островский выбрал для инновационной лаборатории миссию, кажущуюся практически невыполнимой: собирать нужные человеку органы из его же клеток. «Для меня самое ужасное, что человек должен ждать, когда кто-то умрет, чтобы получить орган для трансплантации», — говорит он. Осознавая сверхсложность поставленной задачи, в компании, тем не менее, встали на этот путь и пошли, руководствуясь принципом «дорогу осилит идущий».

За несколько лет 3D Bioprinting Solutions, не прибегая к государственному финансированию, сконструировала собственную модель биопринтера, а затем напечатала функциональный органоид — поджелудочную железу мыши, вырабатывающую гормоны, которую впоследствии трансплантировали грызуну. Эксперимент в космосе — еще один шаг на пути к далекой цели.

Попутно лаборатория решает другие задачи, которые Островский считает приоритетными: создание в России комфортных условий для работы ученых и привлекательных для молодежи видов деятельности. «Мы хотим создавать что-то новое и делать это в России, чтобы у молодых людей было достойное образование, будущее и работа, — говорит предприниматель. — Биопринтинг — это тот перекресток, на котором происходят технологические революции». Чтобы заинтересовать технологиями биопечати талантливых детей, в компании ведут переговоры с образовательным центром «Сириус» о создании на его базе филиала 3D Bioprinting Solutions.