«Автомат органов» полетит на МКС

23:03 29/03/2018
👁 68

OrganAut

До конца года в российском сегменте МКС появится новейший биопринтер, который впервые в условиях микрогравитации сможет печатать конструкты щитовидной железы мыши и человеческого хряща с помощью формативных технологий. Собранный конструкт должен левитировать в пространстве.

Проводящая эксперимент сколковская компания «ЗД Биопринтинг Солюшнс» объявила конкурс на имя своего биопринтера. В опросе приняло участие свыше тысячи человек, и по итогам жюри остановилось на OrganAut, имени созвучном «Аргонавт», но при этом составленном из двух корней английских слов: Organ и Automat, орган и автомат, или «Автомат органов».

Как известно, аргонавты из греческого мифа отправлялись в Колхиду за золотым руном, а их корабль был построен с помощью Афины, которая вставила в его корпус кусочек священного векового дуба, шелестом листьев передающего волю богов.

По словам соучредителя, управляющего партнёра компании «ЗД Биопринтинг Солюшнс» Юсефа Хесуани, прелесть биопринтера OrganAut заключается в том, что им вообще не надо управлять – ни с Земли, ни с борта МКС. Если уподобить космонавтов на МКС аргонавтам, то их роль сводится лишь к выполнению определенных манипуляций в ходе эксперимента, а доставка «руна» (т.е. напечатанных на станции конструктов) с орбиты на Землю будет осуществлена без участия человека, и вот она-то и есть наиболее сложная часть эксперимента, еще более сложная, чем изготовление самого биопринтера.

Обо всем этом д-р Хесуани подробно расскажет на международном симпозиуме по биопринтингу, который пройдет 11 апреля в Сколково. В беседе с Sk.ru ученый обрисовал некоторые особенности готовящегося эксперимента на орбите.

Организаторами форума выступают Фонд «Сколково», медицинская компания «ИНВИТРО», компания «Лаборатория биотехнологических исследований «3Д Биопринтинг Солюшенс» и Госкорпорация «Роскосмос». В симпозиуме примут участие около 250 делегатов из России, Германии, США и Италии: учёные, представители Роскосмоса, китайского и индийского космических агентств, а также разработчики перспективных технологий биопринтинга.

Всего два года назад компания «ЗД Биопринтинг Солюшнс» стала пионером, впервые в мире создав органный конструкт щитовидной железы мыши; старший вице-президент «Сколково» Кирилл Каем тогда назвал это достижение «глобальным прорывом в науке и эпохальным событием, открывающим новую эру в медицине». Теперь компания готовится перенести эксперимент в космос.

Зачем?

Прежде всего, следует понимать, что грядущий эксперимент на МКС есть лишь составная часть более обширного эксперимента, который «ЗД Биопринтинг Солюшнс» проводит с различными партнерами. На МКС также полетит принципиально новый биопринтер, способный печатать более сложные конструкты, рассказывает Юсеф Хесуани.

«Что это за машина такая»

Предыдущий прорыв был достигнут на первом российском биопринтере FABION, который компания построила при содействии Фонда «Сколково».

Машина использует классический метод аддитивных технологий, когда конструкт создается послойно. Технология позволяет печатать тканеинженерные и органные конструкты, но у нее есть ряд ограничений.

«Для более сложных конструктов нам кажется целесообразным создать новые типы производств, так называемые формативные, – говорит д-р Хесуани. – Их легко себе представить: каждый из нас с детства обладает формативными технологиями, когда мы лепим снежки; их создают не слой за слоем, а формируют с разных сторон.

Формативные технологии проще использовать в условиях микрогравитации на МКС, потому что собранный конструкт должен левитировать в пространстве.

Наш космический эксперимент мы проводим для того, чтобы, так сказать, потрогать, пощупать эти формативные технологи, подержать их в руках».

Новым технологиям соответствует принципиально новый принтер, который отличается от FABION не только по типу действия, но даже и по виду.

«Даже коллеги, работающие в нашей отрасли, не могут понять с первого взгляда, что это за машина такая, – смеется Юсеф Хесуани. – У нее отсутствуют все привычные признаки биопринтера. В него аккуратно складывается кювета, и в этой кювете происходит самосборка в условиях магнитного поля специальной формы. Он не похож ни на один из существующих биопринтеров, на нем даже нет ни одной кнопки».

Принтер будет имплементирован в состав научной аппаратуры МКС

Как оказалось, создание OrganAut – еще не самая сложная часть эксперимента на орбите. Гораздо сложнее было создать систему, в которой проводятся эксперименты, подразумевающую также доставку биоматериалов на МКС и с МКС на Землю. Система должна содержать в себе три контура защиты, быть невероятно прочной и полностью прозрачной, чтобы можно было провести видеофиксацию.

Длительность самого эксперимента на борту МКС составит всего трое суток. Анализ информации на Земле займет не менее двух месяцев. OrganAut же останется на борту МКС, войдет в состав аппаратуры российского сегмента, и дальше любая лаборатория в мире сможет проводить подобного рода эксперименты, привлекая участника «Сколково» в качестве оператора или работая напрямую с Роскосмосом, поясняет собеседник Sk.ru.

Три подхода

Как бы ни был сложен и революционен эксперимент на орбите, он является лишь составной частью более масштабной работы по формативной биофабрикации, которая проводится с различными партнерами, включая Роскосмос и коллег из Нидерландов, продолжает Юсеф Хесуани.

Чтобы добиться условий левитации, исследователи проверяют три подхода к созданию магнитных ловушек. Поскольку клеточный материал не содержат наночастиц металла, в питательную среду добавляют специальные вещества суперпарамагнетики. Упомянутые три подхода предполагают эксперименты с различными концентрациями суперпарамагнетиков и разной мощностью магнитов.

Так, у себя в лаборатории компания экспериментирует с высокой концентрацией этих веществ и небольшими магнитами. Проблема этого подхода в том, что любые вещества в высокой концентрации токсичны для клеток. Как говорил Парацельс, в зависимости от концентрации все может быть токсично. В данном случае добавление суперпарамагнетиков в высокой концентрации приводит к гибели клеток. Поэтому с помощью этого метода можно делать лишь очень небольшие конструкты.

Другой вариант предполагает использование очень больших магнитов (магниты Биттера), создающих мощное магнитное поле, которое воздействует на невысокую концентрацию суперпарамагнитных веществ. Такой эксперимент «3Д Биопринтинг Солюшенс» проводит нынешним летом в Голландии.

И, наконец, третий подход – это тот, который, собственно, будет испытываться на МКС: применяют небольшие, не очень мощные магниты и высокие концентрации суперпарамагнетиков, но – в условиях микрогравитации.

«На МКС отправят клетки мышиной щитовидной железы и человеческого хряща, – продолжает Юсеф Хесуани.
– Почему эти два конструкта? Мы должны делать эксперимент, который не является вещью в себе, чтобы иметь возможность оперировать референсными значениями. Это как раз те два типа ткани, над которыми мы активно работаем в нашей лаборатории. То есть мы можем сравнить конструкты, полученные с помощью аддитивных и формативных технологий, а также продукты формативных технологий, полученных разными методами».

А тем временем в американском сегменте МКС…

Почти одновременно с экспериментом «3Д Биопринтинг Солюшенс», который будет проходить в российском сегменте МКС, в американском сегменте космической станции другой, американский, биопринтер будет задействован в другом эксперименте.

Исследовательский центр Университета Колорадо, аффилированный с NASA, использует биопринтер для создания на борту станции структур раковых клеток. Проект называется Magnetic 3D Cell Culturing; американские ученые рассчитывают с его помощью лучше понять механизмы образования и развития в организме клеток рака, что призвано помочь в разработке новых методов лечения.

Д-р Хесуани не считает, что работа американских исследователей никак не составляет конкуренцию эксперименту, который его компания проводит с Роскосмосом. «Я бы вообще никого в этой области не называл конкурентами. – замечает он. – Мы с большим уважением относимся к тому, что делают наши коллеги из разных стран. У нас у всех общая задача – решать проблемы регенеративной медицины, нехватки донорских органов. С другой стороны, мы все-таки работаем и для ускорения производства лекарственных препаратов. Важно, чтобы мы вместе с коллегами или по отдельности достигли какого-то результата. И это очень хорошо, что мы проводим эксперименты приблизительно в одно и то же время; это будет подстегивать и нас, и их, мы это приветствуем».

Управляющий партнер «3Д Биопринтинг Солюшенс» поясняет, что в проекте американских коллег используется другой принцип: «Они будут применять аддитивные технологии, т.е. те что мы используем на Земле. Их задача – бороться с микрогравитацией в космосе, в то время как наша задача принципиально иная – использовать микрогравитацию в качестве дополнительного механизма. Поэтому у нас здесь идеологически большие расхождения. Но это и хорошо, потому что те результаты, которые они получат, будет очень интересно сравнить с тем, что получим мы», – говорит ученый.

Первый эксперимент – всегда прикидочный; в нем нельзя получить ответ на все вопросы, продолжает Ю.Хесуани: «Для нас сейчас основная цель – использование методов формативного производства: посмотреть, как собираются конструкты, собираются ли они вообще, управляем ли этот процесс? Есть ряд чисто технических базисных вопросов, на которые нам нужно получить ответы.

Если эти эксперименты пройдут успешно, можно будет проводить опыты по изучению воздействия радиации на ткани. На нашем конструкте щитовидной железы мы хотим посмотреть эти эффекты уже сейчас. Щитовидная железа является одной из тканей, чувствительных к воздействию радиации и другим негативным воздействиям космоса. Здесь будет очень интересно сравнить конструкт щитовидной железы, напечатанной в условиях МКС».

Вполне очевидно, что практический смысл подобных исследований связан с планами разных стран совершать пилотируемые полеты на Луну, Марс и т.д. На сегодняшний день адекватной защиты для космонавтов в таких сверхдальних полетах не существует, как нет полного понимания того, как космос воздействует на человеческий организм. Для выявления этого механизма недостаточно засылать в космос крыс или гекконов. Технология «3Д Биопринтинг Солюшенс» позволит выявлять воздействие космоса на человеческие ткани и разрабатывать соответствующие системы защиты, уверен соучредитель компании.

«При этом очень важно использовать разные ткани; мы сейчас отправляем щитовидную железу, но важно продолжать эти эксперименты. Например, если мы ведем речь о женщинах-космонавтах, то критически важно посмотреть функцию яичника – это один из тех органов, который в первую очередь страдает от радиации. Так что мы очень надеемся, что наши эксперименты в этом плане будут иметь продолжение», – подчеркивает он.

По словам Ю.Хесуани, радиация в космосе принципиально отличается от той, что можно смоделировать в условиях Земли, именно поэтому подобные эксперименты надо проводить на МКС. Во- вторых, помимо радиации, возможны другие эффекты космоса, которые мы пока себе не очень представляем: «Эксперименты на Земле будут всегда, если выражаться на научном сленге, «грязными», они не будут учитывать другие космические факторы. Для чистоты экспериментов такого вида работы нужно проводить в космосе», – убежден он.

Бипольная установка

Одновременно сколковский участник готовит более сложные эксперименты. «Сейчас мы получили от Фонда микрогрант на разработку акустических систем, которые хотим использовать наряду с магнитными волнами для управления клеточными элементами. Мы хотим сделать бипольную установку, когда есть не только магнитное, но и акустическое поле. Это позволяет нам сделать еще более сложную модификацию тех конструктов, которые мы печатаем. «Сколково» поддержало нас по одной из частей такого магнитно-акустического биопринтера. Надеюсь, к концу года мы сможем собрать эту достаточно сложную установку. Эксперименты на ней сначала пройдут на Земле. От результатов будет зависеть, потребуется ли ее эксплуатация в космосе», – рассказывает Ю.Хесуани.

Все это можно будет в деталях обсудить с участниками симпозиума по биопринтингу, который пройдет 11 апреля в иннограде, говорит Sk.ru Сана Кагермазова, проектный менеджер биомед-кластера «Сколково»: «В мире пока только три биопринтинговые компании напечатали секретирующие органные конструкты, жизнеспособность и функциональность которых доказана на животных моделях. Одна из этих компаний — наш резидент «3Д Биопринтинг Солюшенс», которая получает от Фонда «Сколково» всестороннюю поддержку».

Юсеф Хесуани видит практический смысл симпозиума в том, что он позволяет собрать вместе участников космических и биологических экспериментов и рассказать о тех возможностях, которые появятся в российском сегменте МКС после имплементации биопринтера OrganAut. «Основная часть каждой конференции – это возможность встретиться, поговорить, посмотреть, что делают другие участники отрасли, показать свои разработки и найти возможные пересечения для проведения совместных экспериментов», – резюмирует Юсеф Хесуани.

Источник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *