Ondersteboven 3D-geprinte huid en bot voor astronauten op weg naar Mars
3D-geprint menselijk weefsel kan bijdragen aan de gezondheid van astronauten gedurende een missie naar Mars. Een ESA-project heeft de eerste bio-geprinte huid- en bot-samples geproduceerd.
Deze state-of-the-art samples zijn ontwikkeld door wetenschappers van het Universitair Ziekenhuis van de Technische Universiteit van Dresden (TUD), onderdeel van het projectconsortium in samenwerking met OHB System AG als de belangrijkste leverancier en specialist levenswetenschappen Blue Horizon.
“Huidcellen kunnen worden gebioprint door middel van bloedplasma als een voedingsrijke ‘bio-inkt’ – die gemakkelijk verkregen kan worden van de bemanningsleden van de missie,” aldus Nieves Cubo van TUD.
“Omdat plasma zeer vloeibaar is, wordt het werken hiermee in verschillende zwaartekrachtomstandigheden bemoeilijkt. We hebben daarom een alternatieve procedure ontwikkeld door het toevoegen van methylcellullose en alginaat om de kleverigheid van het substraat te verhogen. Astronauten zouden deze substanties kunnen verkrijgen van planten en zeewier, een haalbare oplossing voor een op zichzelf staande ruimtemissie.”
“Bij het produceren van een botsample gaat het om het printen van menselijke stamcellen met een soortgelijke bio-inkt compositie, waaraan calciumfosfaatbotcement wordt toegevoegd als structuurondersteunend materiaal welke substantieel wordt opgenomen gedurende de groeiperiode.”
Access the video
Om aan te tonen dat de bioprinttechniek ook in de ruimte kan worden toegepast, zijn de huid- en botsamples ondersteboven geprint. Omdat langdurige toegang tot gewichtloosheid onpraktisch is gebleken, is gekozen voor de dergelijke ‘minus 1 G’ uitdaging als de op een na beste optie.
De samples zijn de eerste stappen van een ambitieus plan om 3D-bioprinting in de ruimte mogelijk te maken. Er wordt gekeken naar het soort faciliteiten die aan boord vereist zouden zijn betreffende apparatuur, operatiekamers en steriele ruimtes, naast de mogelijkheid om complexere weefsels te ontwikkelen voor transplantaties – om uiteindelijk gehele interne organen te kunnen printen.
Access the video
“Een reis naar Mars of andere interplanetaire bestemmingen betekent meerdere jaren in de ruimte doorbrengen,” aldus Tommaso Ghidini, hoofd van ESA’s Structures, Mechanisms and Materials Division, die het project overziet.
“De bemanningsleden zullen vele risico’s lopen en eerder naar huis terugkeren zal dan niet mogelijk zijn. Voldoende medische voorraad meenemen voor alle mogelijke scenario’s zou onmogelijk zijn in de beperkte ruimte van een ruimtevaartuig."
Access the video
“In plaats daarvan, zal een 3D-bioprinting capaciteit ervoor zorgen dat zij kunnen reageren op medische spoedgevallen wanneer deze zich voordoen. In het geval van bijvoorbeeld brandwonden, zou gloednieuwe huid gebioprint kunnen worden in plaats van elders van het lichaam van de astronaut te worden geënt. Secundaire schade kan namelijk worden opgelopen dat niet gemakkelijk kan genezen in de ruimte.”
“Of in het geval van botbreuken – wat sneller kan optreden als gevolg van de gewichtloosheid van de ruimte, in combinatie met de gedeeltelijke 0.38 Aarde zwaartekracht van Mars – kan vervangend bot worden geplaatst op beschadigde plekken. In alle gevallen is het gebioprint materiaal afkomstig van de astronauten zelf, waardoor afstoting van transplantatie niet optreedt.”
Terwijl 3D-bioprinting op Aarde gestaag toeneemt, is dit het eerste project in de ruimte legt Tommaso uit: “Het volgt een typisch patroon waarbij veelbelovende Aardse technologieën worden ingezet voor de ruimte, variërend van camera’s tot microprocessoren. In de uitdagende omgeving van de ruimte dient er meer te worden gedaan met minder. Diverse technologische elementen worden geoptimaliseerd en verkleind.”
“Op dezelfde wijze hopen wij de vooruitgang van 3D-bioprinting op Aarde te stimuleren, door de wijdverspreide beschikbaarheid te versnellen.”
Het project ‘3D Printing of Living Tissue for Space Exploration’ wordt ondersteund door ESA’s Basisactiviteiten, binnen het ‘Discovery and Preparation’ domein en geleid door OHB System AG in Duitsland in samenwerking met het ‘Centre for Transnational Bone, Joint and Soft Tissue Research’ van de Technische Universiteit in Dresden.
