3D εκτύπωση ανθρώπινων μυών στο Διάστημα: Άλμα για την επιστήμη και την υγεία των αστροναυτών
Σε ένα εργαστήριο της Ελβετίας, μακριά από τη βοή της Γης και μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα απόλυτης έλλειψης βαρύτητας, μια ομάδα ερευνητών από το ETH Zurich κατάφερε να εκτυπώσει ανθρώπινο μυϊκό ιστό σε 3D, εν πτήσει, υπό συνθήκες μικροβαρύτητας. Το επίτευγμα αυτό ανοίγει τον δρόμο για την κατασκευή οργάνων ή βιολογικών ιστών απευθείας στο Διάστημα, μια τεχνολογία που θα μπορούσε να αλλάξει τόσο τη ζωή των αστροναυτών όσο και τη βιοϊατρική έρευνα στη Γη.
Η έρευνα, με επικεφαλής τον Parth Chansoria, πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια ειδικών παραβολικών πτήσεων, οι οποίες αναπαράγουν στιγμιαία τις συνθήκες βαρύτητας που επικρατούν σε τροχιά γύρω από τη Γη. Κατά τη διάρκεια αυτών των πτήσεων, το αεροσκάφος εναλλάσσεται μεταξύ ανόδου και καθόδου, δημιουργώντας για λίγα δευτερόλεπτα ένα περιβάλλον όπου η βαρύτητα «εξαφανίζεται». Αυτές οι στιγμές ήταν αρκετές για να επιτρέψουν στους ερευνητές να δοκιμάσουν τις δυνατότητες της βιοεκτύπωσης χωρίς την παραμόρφωση που προκαλεί συνήθως η βαρύτητα.
Στη Γη, η τρισδιάστατη εκτύπωση βιολογικών ιστών βασίζεται σε ένα υλικό γνωστό ως «bio-ink», ένα μείγμα κυττάρων και θρεπτικών ουσιών που λειτουργεί ως βάση για τη δημιουργία ζωντανών δομών. Το πρόβλημα είναι ότι η βαρύτητα συχνά αλλοιώνει τη δομή του bio-ink πριν προλάβει να σταθεροποιηθεί, με αποτέλεσμα τα κύτταρα να συγκεντρώνονται ανομοιόμορφα και να δημιουργούνται ατελείς ιστοί. Στο περιβάλλον της μικροβαρύτητας, όμως, οι δυνάμεις αυτές εξουδετερώνονται: τα κύτταρα παραμένουν ομοιόμορφα κατανεμημένα και οι μυϊκές ίνες σχηματίζονται πιο συμμετρικά, προσεγγίζοντας εντυπωσιακά τη φυσική δομή του ανθρώπινου μυ.
Για να επιτύχουν αυτό το αποτέλεσμα, οι επιστήμονες του ETH ανέπτυξαν ένα πρωτοποριακό σύστημα εκτύπωσης που ονόμασαν G-FLight (Gravity-independent Filamented Light). Το σύστημα αυτό σχεδιάστηκε ειδικά ώστε να μπορεί να λειτουργεί με ακρίβεια μέσα στα ελάχιστα δευτερόλεπτα μικροβαρύτητας κάθε παραβολικής φάσης. Χρησιμοποιεί μια βιολογική ρητίνη νέας γενιάς, ικανή να διατηρεί τα κύτταρα ζωντανά και σταθερά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης.
Μέσα από τριάντα κύκλους πτήσεων, η ομάδα κατάφερε να εκτυπώσει μικροσκοπικά δείγματα ανθρώπινου μυϊκού ιστού με πυκνότητα και κυτταρική ζωτικότητα συγκρίσιμες με αυτές που επιτυγχάνονται σε επίγειες συνθήκες. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εκτύπωση πολύπλοκων βιολογικών δομών στο διάστημα δεν είναι απλώς εφικτή, αλλά και εξαιρετικά αποτελεσματική.
Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας αυτής είναι η δυνατότητα αποθήκευσης βιολογικού υλικού απευθείας μέσα στο σύστημα για μεγάλα χρονικά διαστήματα, χωρίς να επηρεάζεται η ποιότητά του. Πρόκειται για κρίσιμο παράγοντα όσον αφορά τις μελλοντικές διαστημικές αποστολές μεγάλης διάρκειας, όπου η πρόσβαση σε φρέσκο βιολογικό υλικό ή σε υποδομές εδάφους είναι αδύνατη. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι στο μέλλον θα μπορούσαν να παρασκευάζονται «κατά παραγγελία» ιστοί ή ακόμη και μικροσκοπικά όργανα για ιατρικές ανάγκες των αστροναυτών, απευθείας εντός του διαστημικού σταθμού.
Το επόμενο βήμα για την ομάδα του ETH είναι να μεταφέρει την τεχνολογία G-FLight στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Εκεί, οι επιστήμονες σκοπεύουν να επιχειρήσουν την εκτύπωση πιο σύνθετων βιολογικών δομών, ακόμη και μικροσκοπικών ανθρώπινων οργάνων. Οι εφαρμογές αυτής της έρευνας δεν περιορίζονται μόνο στην ιατρική υποστήριξη των πληρωμάτων· ανοίγουν επίσης νέους δρόμους για τη μελέτη ασθενειών όπως η μυϊκή δυστροφία ή η ατροφία που προκαλείται από την παρατεταμένη παραμονή σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας.
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης εκτείνεται πολύ πέρα από το πεδίο της διαστημικής βιοτεχνολογίας. Η δυνατότητα εκτύπωσης ανθρώπινου ιστού χωρίς τις επιδράσεις της βαρύτητας θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς σχηματίζονται, αναπτύσσονται και αναγεννώνται οι ιστοί, προσφέροντας πολύτιμες γνώσεις για την ιατρική αναγέννηση και τη φαρμακολογία. Επιπλέον, τέτοιες τεχνικές θα μπορούσαν στο μέλλον να χρησιμοποιηθούν στη Γη για την παραγωγή τεχνητών ιστών σε εργαστήρια, χωρίς τις φυσικές παραμορφώσεις που σήμερα περιορίζουν την ακρίβεια των εκτυπώσεων.
Αν όλα προχωρήσουν σύμφωνα με τα σχέδια, η πρώτη πλήρης δοκιμή της τεχνολογίας σε τροχιά θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί μέσα στα επόμενα δύο χρόνια.
[source]
