Российские ученые впервые испытали материал МКС в лабораторных условиях
В будущем на орбите могут выращивать кости для пациентов с тяжелыми травмами. Российские ученые впервые в мире синтезировали трехмерные аналоги костной ткани на борту российского сегмента МКС и испытали их на лабораторных крысах. Как проходила операция, чем космические кости отличаются от земных аналогов – в материале «МК».
Схема космического эксперимента. Источник: пресс-служба ИМЕТ РАН.
тестовый баннер под заголовком изображения
Полный или частичный перелом — очень распространенное заболевание, которое оценивается в сотни тысяч случаев в год. При незначительном переломе кости человека восстанавливаются сами собой за счет клеток остеобластов. Однако при повреждении костей, вызванном тяжелой травмой, организм не в состоянии регенерировать утраченную костную ткань, и ее заменяют трансплантатами. Они могут быть естественными (из собственного костного блока пациента) или искусственными.
Искусственные заменители костей давно выращивают в земных условиях, но ученые решили попробовать вырастить костную ткань в космосе — в условиях невесомости. Ведь обеспечение самодостаточности, автономности длительной космической миссии, например, на Марс, — это главная задача для ученых. Пока не будут решены все проблемы, из-за которых миссия может быть прервана в любой момент для спасения жизней астронавтов, полеты к другим мирам невозможны. 3D-производство биомедицинских материалов и устройств может стать решением этой проблемы.
Графическая аннотация, созданная нейронной сетью после прочтения ею научной статьи российских ученых. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10
Несколько лет назад «печать» органов и тканей стала возможной благодаря появлению так называемого магнитного биоассемблера (или биопринтера) — устройства, в котором молекулы собираются в полноценную ткань под воздействием магнитных полей. Это устройство было доставлено на российский сегмент МКС.
Как сообщает Российский научный фонд, в эксперименте, который проводился на борту Международной космической станции, а затем на Земле, приняли участие специалисты Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и ряда других научных центров.
В качестве материала для будущей кости, отправленной на космическую станцию, использовался внеклеточный матрикс, представляющий собой композит, состоящий в основном из фосфата кальция, коллагеновых белков и воды. Фосфат кальция был выбран потому, что его химический состав очень близок к неорганической составляющей кости.
Через два дня после помещения компонентов в биопринтер в нем под воздействием магнитных полей образовался пятимиллиметровый 3D-аналог костной ткани.
В это же время на Земле проводился контрольный эксперимент — ученые выращивали то же самое в похожем магнитном биосборщике. Только одно условие отличалось от космического — наличие земной гравитации.
Космонавты Алексей Овчинин и Александр Скворцов проводят космические эксперименты с магнитным биопринтером. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10
Получив два образца разного «происхождения», ученые смогли сравнить их свойства. Оказалось, что условия микрогравитации положительно сказались на свойствах материала: образцы с МКС, по сравнению с земными, имели более упорядоченную кристаллическую структуру. Из-за отсутствия гравитации кристаллы на основе фосфата кальция росли в космосе с абсолютно одинаковой скоростью во всех направлениях. Исследователи предположили, что такая строгая структура может способствовать лучшему «сцеплению» живых клеток, то есть более быстрому восстановлению естественной костной ткани.
До недавнего времени существовало всего несколько новых биоматериалов, которые были испытаны в космосе, но ни один из них не был испытан в медицинских экспериментах. В этой работе российские ученые доказали, что синтетические костные трансплантаты, выращенные на борту МКС, способны функционировать в качестве материалов в доклинических (т. е. на животных) испытаниях на Земле.
Александр Скворцов. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10
Эксперимент, проведенный на лабораторных крысах, показал, что ученые не ошиблись: «космические» материалы действительно активнее стимулировали восстановление поврежденных тканей, чем их земные аналоги.
Тестирование образцов проводилось следующим образом. Ученые отобрали 60 самцов крыс с дефектами черепа (у них были вырезаны фрагменты костей в теменной области) и ввели в поврежденные участки образцы костной ткани, выращенные на 3D-биопринтере. После этого исследователи раз в месяц отслеживали скорость приживления этих образцов. Первый результат появился через три месяца — образцы с МКС и синтезированные на Земле начали обрастать клетками новой костной ткани. А через пять месяцев исследователи наконец увидели различия между имплантатами. Вокруг образцов с Земли количество новообразованной костной ткани несколько увеличилось — она была видна лишь в виде отдельных островков или тонких ободков, тогда как образцы с Международной космической станции, наоборот, образовывали вокруг себя широкие ободки костной ткани.
Формирование хризантемоподобных структур костной ткани на МКС. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10
Этот эксперимент, описанный учеными в научном журнале Biomedical Technology, в будущем может послужить основой для разработки перспективных биомедицинских технологий для долгосрочных космических миссий. Выращивание образцов костной ткани непосредственно на борту межпланетного корабля позволит устранять повреждения, полученные астронавтами, не возвращаясь на родную планету.
Схема создания дефекта теменной кости в черепе крысы. Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2949723X24000345?via%3Dihub#bib10
Более того, эта технология, которая оказалась более эффективной из-за микрогравитации, может положить начало новой биомедицинской специализации по выращиванию костей в космосе для нужд пациентов земных клиник, поскольку костные трансплантаты из космоса могут быть полезны в хирургии и стоматология.
Свежие комментарии