Stfw.Ru11 октября на Международную космическую станцию в российском корабле "Союз МС-10" отправят уникальный российский прибор "Орган.Авт" для эксперимента "Магнитный 3D-биопринтер". На нем будет проведен первый в истории эксперимент по печати биологических объектов в космосе."Эксперимент будет проводиться в несколько этапов, первый этап будет проведен 13 октября, а последний - 16 октября", - рассказал он.Хесуани пояснил, что для проведения эксперимента на МКС отправляют биопринтер и кюветы для него, в которых в специальном геле содержится биологический материал. Гель при изменении температуры переходит в жидкое состояние, создает жидкую питательную среду. В ней биологический материал под воздействием магнитных волн начинает собираться в определенную структуру. Такая "биосборка" происходит в течение нескольких десятков секунд, но для того, чтобы клетки создали единую конструкцию требуется порядка суток. После этого в кювет добавляется специальный фиксирующий материал, предназначенный для того, чтобы биологические объекты могли храниться в течение нескольких недель до отправки на Землю."Дальше уже зафиксированный материал отправится к нам. Здесь мы будем проводить наземные испытания, технологические исследования, чтобы посмотреть, насколько внутренняя структура полученных конструктов соизмерима с тем, что мы воплощаем на Земле", - рассказал Хесуани.
- Идея пришла в 2015 году. Она заключается в том, что живыми клетками можно управлять не только с использованием классической x-y-z платформы, то есть классической составляющей 3D-принтера, а с использованием различных волн, например магнитных или акустических. Мы понимали, что для управления живыми объектами и формирования из них трехмерных конструктов нам нужны условия микрогравитации, потому что в данной технологии не подразумевается какая-то химическая подложка (чаще всего это гели), а именно физическая подложка, так называемая магнитная ловушка. Есть различные варианты создания искусственной микрогравитации, например, с использованием битеровских супермагнитов. А есть условия естественной микрогравитации, условия космоса. Нам пришла идея, почему бы не провести этот эксперимент на российском сегменте МКС. Собственно, по этому поводу мы обратились к коллегам из Роскосмоса, и с момента создания рабочей группы по нашему проекту до момента реализации прошло рекордно короткое время - порядка полутора лет. Обычно научные эксперименты ставятся гораздо более длительно по времени, от 4 до 8 лет.Здесь, в данном конкретном эксперименте мы используем не аддитивные технологии, не 3D-принтинг, который используется последнее время достаточно активно в различных отраслях, а так называемое формативное производство. Вы себе представляете наверняка лепку снежка: вы его не печатаете послойно, а берете снег и с разных сторон одновременно собираете снежок. Здесь очень похожий принцип формативного производства, примерно таким образом мы и будем печатать конструкт хрящевой ткани человека и конструкт мышиной щитовидной железы. Почему эти два конструкта? Потому что это именно те микроорганы, с которыми мы уже работали на Земле с использованием классических аддитивных технологий, и нам нужна группа сравнения.- Было что-то, что тормозило создание биопринтера, может, сталкивались с какими-то трудностями на этапе подготовки?- Конечно, с трудностями мы сталкивались каждый день, для нас это первый космический эксперимент. Мы, не имея опыта проведения подобных экспериментов, сделали все в рекордные сроки. Но в общем и целом вся основная сложность была до создания рабочей группы, потому что не существовало понятных регламентов для проведения подобных экспериментов. Классические эксперименты требуют определенных процедур. Мы понимали, что при прохождении всех этих бюрократических процедур у нас бы срок реально был никак не менее четырех лет.
Тем не менее нам с коллегами из Роскосмоса удалось создать новые регламенты, и уже при создании этих новых регламентов и сборе рабочей группы мы побежали очень быстро. Я бы сказал, что основные сложности лежали на подготовительном и предподготовительном этапах.- Алексей Овчинин (космонавт, который будет проводить эксперимент на станции) говорил, что проведение эксперимента начнется практически сразу после прибытия на МКС. Можете пояснить, насколько сразу это произойдет, и на какое время рассчитан эксперимент?- Эксперимент будет проводиться в несколько этапов, первый этап будет проведен 13 октября, а последний - 16 октября. Мы отправляем биопринтер и кюветы для него, в которых в специальном геле содержится биологический материал. Этот гель изменяет свои свойства при изменении температуры внешней среды. Мы устанавливаем биопринтер в инкубатор (мы разрабатывали его так, чтобы он подходил под существующую инфраструктуру МКС, чтобы не надо было разрабатывать новые инкубаторы, термостаты и так далее). Гель при изменении температуры переходит в жидкое состояние, создается жидкая питательная среда. В ней биологический материал под воздействием магнитных волн начинает собираться в определенную структуру. Такая биосборка происходит буквально в течение нескольких десятков секунд, но для того, чтобы клетки при взаимодействии друг с другом создали единую конструкцию, нам нужно порядка суток. После сборки конструкта через 24 часа в среду добавляется специальный фиксирующий материал (для этого в кювете есть специальный отсек, из которого при нажатии кнопки фиксирующий материал попадает в среду). Он нужен для того, чтобы биологические объекты могли храниться в течение нескольких недель до отправки на Землю. Дальше уже зафиксированный материал отправится к нам. Здесь мы будем проводить наземные испытания, технологические исследования, чтобы посмотреть, насколько внутренняя структура полученных конструктов соизмерима с тем, что мы воплощаем на Земле.
- В "Орган.Авт" будут установлены камеры GoPro. В каком режиме они будут работать?- Они будут записывать в режиме real time процесс сборки и несколько часов поведения конструкта, то есть нам не нужно держать камеры включенными на всех этапах.- Обнародование этих съемок планируется?- Да, конечно. Мы будем это смотреть в режиме real time в Центре управления полетами, внимательно следить за ходом проведения экспериментов, если понадобится оперативно вносить какие-то корректировки.- Заявленный срок службы биопринтера - пять лет. Какие еще эксперименты планируете?- Мы планируем, конечно, ряд экспериментов, но наши планы будут очень сильно зависеть от тех результатов, которые мы получим. На Земле надо будет понять и проанализировать данные, которые мы получим по состоянию конструктов. Если все будет успешно, мы на это очень рассчитываем, то планируем еще проведение серии экспериментов. В планах есть и эксперименты по использованию мышечных клеток, по отправке бактерий и созданию биопленок в космосе. В общем, ряд экспериментов, связанных не только с регенеративной медициной, но и лежащих в соседних отраслях.- Если все пройдет как планируется, когда могут начаться следующие этапы?- Я надеюсь, что дальнейшие эксперименты мы будем проводить уже в 2019 году. Я думаю, данные мы проанализируем где-то к февралю и уже в зависимости от полученных результатов будем планировать дальнейшие эксперименты.- То есть успеваете на запуск "Союза МС-11" в апреле?- Я бы не стал ориентироваться на какой-то конкретный пуск, еще не получив результаты. Но говорить об апрельском пока преждевременно, может быть, в какой-то из последующих.- Кто-то уже заинтересовался проведением эксперимента на вашем оборудовании?- Да, мы сейчас общаемся не только с российскими, но и зарубежными коллективами, не только научными, но и коммерческими компаниями. Я думаю, как раз после получения и анализа результатов мы объявим о подписании совместных меморандумов и проведении еще ряда экспериментов с нашими зарубежными коллегами. Мы планируем эксперименты, связанные с более подверженными радиации органами. Но и в экспериментах с мышечной тканью или бактериями будут участвовать наши коллеги.- Говорилось, что в будущем на орбите можно будет создать целую фабрику, отдельный модуль для печати органов. Насколько это, по-вашему, сократит сроки ожидания органов, учитывая, что под каждого пациента нельзя будет отправлять грузовой корабль, все равно нужно будет ждать хоть какую-то партию органов?- Имелось в виду следующее. Мы сейчас проводим эксперимент с оборудованием, которое есть на МКС. Оно необходимо и достаточно для проведения экспериментов в течение нескольких суток. Если говорить о полноценной лаборатории на МКС, она потребует дополнительного оборудования. Например, могут понадобиться реакторные системы, чтобы выращивать конструкт в течение нескольких дней или недель. Сделать это с арсеналом тех средств, которые есть сегодня на МКС, невозможно. Более того, для дополнительного оборудования физически не существует места. Поэтому речь идет о создании дополнительного модуля, если эксперименты будут позитивные и будет понятно, к каким конкретным шагам это в дальнейшем приведет.Вы знаете, что создается МЛМ (Многофункциональный лабораторный модуль - ред.), который будет отправлен в ближайшее время, но он создан для широкого пула разного рода экспериментов, а в нашем случае речь идет именно о создании модуля под биофабрикацию и биопринтинг.Что касается сроков, когда первый орган будет пересажен человеку, то мы, являясь членом Международного общества биофабрикации, в 2014 году выпустили совместный пресс-релиз, в котором говорилось, что по мнению общества первый орган будет пересажен в клинике не ранее 2030 года. В том числе в виду нормативно-правовых причин. И это будут, скорее всего, такие группы органов, как кожа и хрящ. Но опять-таки ситуация меняется достаточно быстро и в позитивную сторону, может быть, этот процесс пройдет быстрее. Но пока официальное мнение общества биофабрикации такое.- Ракетно-космическая корпорация (РКК) "Энергия" сообщала, что в будущем с помощью биопринтера можно будет выращивать белковую пищу, так называемый космический фарш. Расскажите, что он будет собой представлять, и как он будет выглядеть?- Это будет, наверное, что-то напоминающее фарш, но фарш именно прокрученный, то есть это будет ни в коем случае не мясо в виде стейка или бифштекса. Будет менее твердая консистенция. Но да, есть планы по работе с мышечными клетками именно не для целей регенеративной медицины, а для пищевой промышленности, в чем есть заинтересованность в том числе космических агентств для дальних полетов.- А в ходе пятилетней работы "Орган.Авт" такие эксперименты планируются?- Да, планируем такие эксперименты. Но там не будет задачи фарш приготовить и попробовать. Будет задача собрать конструкты, отправить на Землю и проанализировать здесь. Если мы понимаем, что наша технология подходит под такие задачи, то чтобы уже приготовить такого рода биопищу, потребуется дополнительное оборудование, которое нужно будет дополнительно устанавливать на МКС.- Ваш прогноз какой: до 2024 года космонавты смогут попробовать фарш, выращенный на орбите?- По крайней мере, я надеюсь, что мы сможем в разумные сроки провести первичные эксперименты, которые нам покажут перспективы этой технологии. Я очень аккуратно говорю про то, что мы сможем или не сможем выращивать (биоматериалы) для употребления в пищу. Очень сложно давать прогноз тому, что никто еще не делал.- На Земле аналогичная установка была бы слишком громоздкой и потребляла бы столько энергии, сколько было бы достаточно для небольшого города. Можете привести конкретные цифры?- Речь идет о битеровских магнитах для создания искусственной микрогравитации, и мы действительно проводили такие эксперименты в Неймегене (Нидерланды). Вы наверняка помните эксперимент с левитирующей лягушкой (выходец из России Андрей Гейм в 2000 году получил Шнобелевскую премию "за использование магнитов для того, чтобы заставить лягушку левитировать". Через 10 лет ему присудили Нобелевскую премию за открытие графена. Таким образом, Гейм стал первым человеком, кто получил как шуточную, так и серьезную премии - ред.). Ровно на этих же магнитах мы ставили эксперимент по печати хрящевой ткани. Вообще, такие установки требуют примерно 200 литров воды в минуту для охлаждения.
https://stfw.ru
