La ISS stazione spaziale il cosmonauta russo Oleg Kononenko e la stampa 3d in bioprinting della cartilagine nello spazio il bioassemblaggio levitazionale

Bioprinting sulla ISS: Russian Cosmonaut 3D Prints Cartilage in Space

Potresti chiederti qual è il punto della stampa 3D nello spazio; dopotutto, non è qualcosa che possiamo fare sulla terraferma e dedicare altro tempo più prezioso a fare esperimenti relativi a galassie lontane? Mentre la NASA ha sicuramente un occhio sulla ricerca spaziale e sui viaggi imminenti (verso luoghi come Marte ), lo scopo reale della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è di sfruttare l’ambiente nello svolgimento di ricerche scientifiche. E mentre gli scienziati si immergono ulteriormente nell’ingegneria dei tessuti e sperimentano modi per sostenere le cellule, la gravità zero offre un ambiente perfetto per imparare di più e perfezionare la bioprinting .

Ora, il cosmonauta russo Oleg Kononenko ha biografato la cartilagine sulla ISS, offrendo un valore critico ai viaggiatori spaziali in quanto la tecnica potrebbe consentire il primo pronto soccorso nel trattamento delle lesioni interstellari. La nuova tecnica, sviluppata in collaborazione con le soluzioni di bioprinting 3D di Mosca, utilizza campi magnetici nelle pratiche di bioprinting.

Oleg Kononenko ha utilizzato un nuovo tipo di approccio di ingegneria tissutale “privo di impalcature” sviluppato dalla società di Mosca 3D Bioprinting Solutions che utilizza campi magnetici.

Questo approccio, chiamato “bioassemblaggio levitazionale”, potrebbe anche spianare la strada ai progressi nella medicina rigenerativa dello spazio che potrebbero essere utilizzati nei viaggi spaziali a lunga distanza in cui gli astronauti e i cosmonauti potrebbero essere lontani dalla Terra per mesi o anni. Hanno usato un bioassemblatore personalizzato

Evitando le cause tipiche delle sfide nella creazione di impalcature, Kononenko si è basato sull’attrazione dei campi magnetici per consentire l’autoassemblaggio delle cellule nella microgravità. Non solo il metodo è incoraggiante in generale per il campo dell’ingegneria dei tessuti, ma il bioassemblaggio levitazionale offre anche un grande potenziale per la medicina rigenerativa dello spazio che potrebbe essere necessaria se i viaggiatori spaziali fossero feriti e non tornassero sulla Terra per lunghi periodi di tempo.

Le cellule tissutali sono state collocate in una camera a temperatura controllata per rilasciare le cellule della cartilagine, quindi hanno posizionato le cuvette nel bioassemblatore magnetico per iniziare a costruire tessuti come visto in questa immagine

Poiché gli esperimenti sugli effetti della microgravità sulla cartilagine umana possono essere molto costosi, in precedenza sono stati condotti solo due studi, con successo nella crescita di cellule su strutture come impalcature. Per questo studio, delineato nel recente ” Bioassemblaggio della levitazione magnetica del costrutto di tessuti 3D nello spazio “, i ricercatori russi realizzano potenziali problemi nell’uso del bioassemblaggio della levitazione magnetica, concentrandosi principalmente su problemi di citotossicità, poiché i chelati di Gadolinio (Gd 3+ ) sono generalmente utilizzati in tale lavoro.

“Teoricamente, ci sono tre modi possibili per ridurre gli effetti tossici indesiderati del mezzo paramagnetico: (i) sviluppare sedili a bassa tossicità Gd 3+ o mezzo paramagnetico alternativo, (ii) eseguire un bioassemblaggio levitazionale in un campo ad alto magnete e (iii) eseguire bioassemblaggio a levitazione magnetica nelle condizioni di microgravità “, hanno spiegato gli autori.

(A) Cuvette riempite con condrosfere in idrogel non adesivo termoreversibile, terreno di coltura con gadobutrolo paramagnetico e soluzione fissativa (formalina). (B) Principali fasi dell’esperimento eseguite sulla ISS: attivazione di cuvette mediante raffreddamento a 15 ° C, fabbricazione magnetica di costrutti di tessuto 3D a 37 ° C, seguita da fissazione. (C) Trasporto di cuvette sulla Terra. (Credito fotografico: Vladislav A. Parfenov e Frederico DAS Pereira, Laboratorio di ricerca biotecnologica “3D Bioprinting Solutions”, Mosca, Russia.)

Per questo lavoro, hanno proceduto a una concentrazione non tossica di chelati di Gd 3+ , utilizzando il software COMSOL per creare un modello del campo magnetico necessario, con il bioassemblaggio riuscito “in buon accordo” con le loro formule computazionali preparate. Durante l’esperimento sono state necessarie due fasi, tra cui la configurazione del campo magnetico (eseguito a temperatura ambiente sulla ISS), e quindi lo studio della fusione degli sferoidi tissutali quando hanno iniziato a stabilizzarsi nel tessuto 3D reale.

(A) Sistema di magneti installato nel bioassemblatore magnetico. (B) Campo magnetico generato dal sistema di magneti. (C) Modellazione del processo di assemblaggio di costrutti. (D) Forma modellata del costrutto dopo il montaggio. (E) Cinetica del gruppo costrutto in funzione delle concentrazioni e della temperatura del gadobutrolo. (Immagine tratta da “Bioassemblaggio levitazionale magnetico della costruzione di tessuti 3D nello spazio”)

“Secondo la modellistica matematica, il livello di completezza della fusione sferoidale nei tessuti era superiore al 50% e, in alcuni frammenti, ha raggiunto oltre il 90% della possibile compattazione”, hanno spiegato gli autori. “Tenendo conto di questo, potremmo supporre che l’allungamento del tempo di biofabbricazione consentirebbe la fusione completa delle condosfere in un singolo costrutto di tessuto 3D”.

(A) Fotografie time-lapse del gruppo costrutto all’interno del bioassemblatore magnetico nello spazio. (B) Simulazione al computer della fusione di condrosfera in un costrutto 3D utilizzando il software “Surface Evolver”. (C) Passi sequenziali reali di costruzione del bioassemblaggio nello spazio; istantanee dalla registrazione video time-lapse. (D) La macrofotografia del costrutto 3D assemblato è tornata sulla Terra. (E) Istologia [colorazione di ematossilina ed eosina (HE)] e immunoistochimica [marker di proliferazione Ki-67 e marker di apoptosi caspase-3 (Casp-3)] del costrutto di tessuto 3D assemblato nell’esperimento spaziale. (Credito fotografico: Kenn Brakke, Susquehanna University, Selinsgrove, Pennsylvania, USA; Elizaveta Koudan, Laboratorio di ricerca biotecnologica “Soluzioni di bioprinting 3D”, Mosca, Russia.)

Problemi come malattie o lesioni devono essere considerati mentre gli astronauti e i cosmonauti sono costretti ad autosostenersi e, con la capacità di rigenerare ossa o altri tessuti senza impalcature, si potrebbe evitare la perdita di arti o decessi. Portando all’avvento della “medicina spaziale”, tali scoperte potrebbero significare un migliore successo per i viaggi nello spazio a lungo termine con equipaggio.

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