Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Магнитный 3D-биопринтер
Направление НПИ: 4. Космическая биология и биотехнология
Секция КНТС: 1. Космическая биология и физиология
Наименование эксперимента: Исследование возможности формативной трехмерной биофабрикации тканевых конструкций, осуществляемой методом программируемой самосборки живых тканей и органов в условиях микрогравитации посредством магнитного поля
Цель эксперимента:

Основной целью КЭ является испытание нового способа биофабрикации трехмерных тканевых конструкций в условиях невесомости - магнитной 3D биопечати, а также изучение влияния различных факторов космического полета (микрогравитации, радиации и др.) на тканевой метаболизм сформированных конструктов.

Описание эксперимента:

Основной целью КЭ является испытание нового способа биофабрикации трехмерных тканевых конструкций в условиях невесомости - магнитной 3D биопечати.

Все существующие на сегодняшний день биопринтеры работают по принципу аддитивного, т.е. послойного производства. Применение принципиально нового подхода формативного производства тканевых конструктов позволит производить печать тканевых конструктов и органоидов при условии наличия микрогравитации. Данные условия выполнимы только на МКС, земная гравитация является существенным ограничением для реализации данного подхода. Разработанный магнитный биопринтер позволит печатать как тканевые конструкты, так и органоиды, в том числе чувствительные к радиации органоиды-сентинелы, такие как, например, щитовидная железа, в условиях невесомости в космосе. Результаты КЭ могут быть использованы в целях изучения жизнеспособности тканевых конструктов и органоидов для последующего поддержания жизнедеятельности участников длительных космических экспериментов, в том числе при реализации программы пилотируемого полета на Марс.

КЭ рассчитан на проведение в течение одной непродолжительной экспедиции (желательно, не более 3 месяцев).

 

Новизна эксперимента:

Основным фактором новизны предлагаемого исследования будут являться впервые в мире проведенные сеансы магнитной биопечати тканевыми сфероидами на МКС.

Ранее подобные эксперименты в космосе не проводились. Все предшествовавшие работы зарубежных и отечественных исследователей ограничивались либо получением самих сфероидов в космосе, либо кондиционированием предварительно созданных на Земле органных конструктов. Кроме того, отдельным достижением станет совершенствование новой технологии трехмерной биопечати без использования экструдеров, скаффолдов и магнитных меток (nozzle-scaffold-label free bioprinting).

 

Научная аппаратура:

Научная аппаратура «3D-МБП», устанавливаемая на РС МКС, предназначается для проведения космического эксперимента по исследованию возможности формативной трехмерной биофабрикации тканевых конструктов, осуществляемой методом самосборки живых тканей и органов в условиях микрогравитации посредством магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами.

Состав НА «3D-МБП» приведен ниже.

1. Укладка «Биопринт» (1 шт) в составе:

1.1. Магнитный биопринтер (1 шт)

1.2. Чехол (1 шт)

2. Укладка «Кюветы» (1 шт):

2.1. Укладка «Кюветы № 1» (1 шт)

2.1.1. Термоизолирующий контейнер (1 шт)

2.1.1.1. Кюветы с биоматериалом (6 шт)

2.1.1.2. Комплект карт памяти (1 шт)

2.1.1.2.1. Карта памяти типа MicroSD (3 шт)

2.1.1.3. Комплект съемных аккумуляторов (1 шт)

2.1.1.3.1. Съемные аккумуляторы для цифровых камер (3 шт)

2.1.2. Чехол (1 шт)

2.2. Укладка «Кюветы № 2» (1 шт)

2.2.1. Термоизолирующий контейнер (1 шт)

2.2.1.1. Кюветы с биоматериалом (6 шт)

2.2.1.2. Комплект карт памяти (1 шт)

2.2.1.2.1. Карта памяти типа MicroSD (3 шт)

2.2.1.3. Комплект съемных аккумуляторов (1 шт)

2.2.1.3.1. Съемные аккумуляторы для цифровых камер (3 шт)

2.2.2. Чехол (1 шт)

2.3. Чехол (1 шт)

 

Ожидаемые результаты:

Результаты исследований позволят создать принципиально новую технологию трехмерной магнитной биопечати или технологию формативной биофабрикации, в которой вместо традиционных твердых биодеградируемых скаффолдов в качестве полевого скаффолда будут использоваться магниты и создаваемое ими магнитное поле.

Разработанный магнитный биопринтер позволит на новом технологическом уровне изучать физиологию тканеинженерных конструктов, а также печатать сложные по строению человеческие ткани и органы, в том числе чувствительные к радиации органы-сентинелы, в условиях невесомости в космосе.

Результаты КЭ могут быть использованы в целях поддержания жизнедеятельности участников длительных космических экспериментов, в том числе при реализации программы пилотируемого полета на Марс.

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: Запуск НА «3D магнитный биопринтер» (3D-МБП) и систем доставки биологического материала - во второй половине 2018 года; Доставка биоматериала на Землю - во второй половине 2018 года
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ФГУП ЦНИИмаш
Организации участники:
Научный руководитель: Миронов В.А., Частное учреждение Лаборатория биотехнологических исследований «3Д Биопринтинг Солюшенс», к.м.н.
Публикации по эксперименту:

1. Freed LE, Langer R, Martin I, Pellis NR, Vunjak-Novakovic G. Tissue engineering of cartilage in space. Proc Natl Acad Sci U S A. 1997 Dec 9;94 (25):13885-90.

2. Grimm D, Wehland M, Pietsch J, Aleshcheva G, Wise P, van Loon J, Ulbrich C, Magnusson NE, Infanger M, Bauer J. Growing tissues in real and simulated microgravity: new methods for tissue engineering. Tissue Eng Part B Rev. 2014 Dec;20(6):555-66. doi: 10.1089/ten.TEB.2013.0704.

3. Kopp S, Warnke E, Wehland M, Aleshcheva G, Magnusson NE, Hemmersbach R, Corydon TJ, Bauer J, Infanger M, Grimm D. Mechanisms of three-dimensional growth of thyroid cells during long-term simulated microgravity. Sci Rep. 2015 Nov 18;5:16691.

4. Mironov V, Visconti RP, Kasyanov V, Forgacs G, Drake CJ, Markwald RR. Organ printing: tissue spheroids as building blocks. Biomaterials. 2009 Apr;30(12):2164-74.

5. Frasca G, Du V, Bacri JC, Gazeau F, Gay C, Wilhelm C. Magnetically shaped cell aggregates: from granular to contractile materials. Soft Matter. 2014;10(28):5045-54.

6. Rezende R.A., Azevedo F.S., Pereira F.D., Kasyanov V., Wen X., Silva J.V.L., Mironov V. Nanotechnological Strategies for Biofabrication of Human Organs. Journal of Nanotechnology Volume 2012, Article ID 149264.

7. Сайт NASA [Электронный ресурс]. www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1929.html

8. Mazuel F, Espinosa A, Luciani N, Reffay M, Le Borgne R, Motte L, Desboeufs K, Michel A, Pellegrino T, Lalatonne Y, Wilhelm C. Massive Intracellular Biodegradation of Iron Oxide Nanoparticles Evidenced Magnetically at Single-Endosome and Tissue Levels. ACS Nano. 2016 Aug 23;10(8):7627-38.

9. D.Singh, J.M.M. McMillan, A.V. Kabanov, M. Sokolsky-Papkov, H.E. Gendelman, “Bench-to-bedside translation of magnetic nanoparticles”, Nanomedicine, vol. 9, no. 4, pp. 501–516, 2014.

10. S. Tasoglu, C.H. Yu, V.Liaudanskaya, S. Guven, C. Migliaresi, U. Demirci, “Magnetic Levitational Assembly for Living Material Fabrication,” Adv. Healthc. Mater., vol. 4, no. 10, pp. 1469–1476, 2015.

 

Последнее обновление: 12.12.2018

Информационная справка

Программы

Изображения