Орган.Авт

Продукт
Разработчики: 3D Bioprinting Solutions (3Д Биопринтинг Солюшенс)
Дата премьеры системы: лето 2014
Дата последнего релиза: 2018
Отрасли: Образование и наука,  Фармацевтика, медицина, здравоохранение,  Электротехника и микроэлектроника,  Научно-исследовательские медицинские организации

Содержание

«Орган.Авт» — 3D-биопринтер, созданный лабораторией биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions для выращивания тканей, а впоследствии и органов в условиях космической лаборатории. Также он может быть использован для изучения влияния факторов космического пространства на живые объекты при дальних полетах: выращенные в космосе из настоящих клеток образцы кожи, внутренние органы и т.д.

Принцип работы

Работа биопринтера основана на технологии магнитной левитации, которая позволяет ему эффективно создавать живые ткани и микроорганы в условиях невесомости. Название же "3D-биопринтер" является довольно условным: у устройства нет никаких движущихся частей, и процесс выращивания материала происходит не аддитивно, то есть послойно, а с использованием «формативного» принципа, когда образец растёт в сильном магнитном поле в условиях микрогравитации. По словам его разработчиков, это один из самых передовых на октябрь 2018 года методов, который только начинает применяться в технике. При этом использование технологии в космических условиях избавит ее от значительного недостатка — необходимости использования высоких концентраций токсичных парамагнетиков (солей гадолиния), которые нужны для проведения экспериментов на Земле. В конечном итоге это повысит выживаемость создаваемых клеточных структур.

Внутри прибора установлены камеры GoPro, с помощью которых можно наблюдать за ходом эксперимента.

Сферы применения

В перспективе эта методика, по мнению производителей устройства, может применяться для создания органов из доставленных на орбиту биоматериалов конкретных пациентов. У такого способа сразу два очевидных преимущества: не надо ждать, когда появится подходящий для пересадки донорский орган, и автоматически решается вопрос приживаемости. Еще одно возможное применение биопринтера — выращивание белковой пищи, например космического «фарша», который будет продолжать расти по мере его употребления.[1]

2018

Гибель биопринтера во время аварии ракеты-носителя «Союз»

Первый российский биопринтер, предназначенный для создания живых микроорганов и тканей космосе, был потерян во время аварии ракеты-носителя «Союз». Об этом 12 октября 2018 года сообщил источник в ракетно-космической отрасли, передает «РИА Новости». Согласно предоставленной информации, устройство находилось в бытовом отсеке, который отделился от спускаемой капсулы корабля «Союз МС-10» и сгорел со всем содержимым при падении в атмосфере.

3D-биопринтер «Орган.Авт»

По словам управляющего партнера компании-создателя аппарата 3D Bioprinting Solutions Юсефа Хесуани, «Орган.Авт» должен был отправиться на МКС с целью развития технологий биопечати, тестирования новейших лекарств и оценки влияния радиации на развитие клеток. На биопринтере должны были провести первый в истории эксперимент по печати биологических объектов в космосе.

В частности, предполагалось, что экипаж МКС в ходе эксперимента попробует вырастить небольшие образцы щитовидной железы грызуна и хрящевой ткани человека. Биологический материал отправили вместе с принтером в специальном геле, который переходит при изменении температуры в жидкое состояние, создавая питательную среду.

По информации 3D Bioprinting Solutions, процесс выращивания занимает около суток. Затем в кювет нужно добавить фиксирующий материал. Биологические объекты могут храниться в таком состоянии на протяжении нескольких недель, до отправления на Землю.

Ракета-носитель «Союз-ФГ» с пилотируемым кораблем «Союз МС-10», стартовавшая 11 октября с космодрома Байконур, потерпела аварию на 165-й секунде полета. Спасательная капсула с космонавтом «Роскосмоса» Алексеем Овчининым и астронавтом NASA Ником Хейгом благополучно приземлилась близ Жезказгана в Казахстане, экипаж не пострадал.

Исполнительный директор «Роскосмоса» по пилотируемым программам Сергей Крикалев сообщил 12 октября, что непосредственной причиной аварии ракеты «Союз-ФГ» стало столкновение элементов при разделении первой и второй ступеней носителя.[2]

«Орган.Авт» отправится на МКС

Аппаратуру для проведения первого российского коммерческого эксперимента «Магнитный 3D-биопринтер», подготовка которого осуществляется в тесном сотрудничестве со специалистами Роскосмоса, РКК «Энергия» и ЦНИИмаш, планируется отправить на МКС, сообщили 10 октября 2018 года в компании 3D Bioprinting Solutions. Запуск корабля с принтером на МКС запланирован на 11 октября.

«
Нашей задачей было оценить техническую реализуемость данного эксперимента, обеспечить контроль над подготовкой необходимой аппаратуры — самого принтера и кювет для биоматериала — к условиям доставки на орбиту и полученных результатов — обратно. Помимо этого специалисты РКК «Энергия» организовали весь комплекс необходимых сертификационных процедур для такого рода оборудования в соответствии с действующими на МКС международными правилами по безопасности, — рассказал заместитель руководителя научно-технического центра РКК «Энергия» Дмитрий Сурин.
»

Всего изготовлено два комплекта аппаратуры. Один — опытный образец — уже прошел все необходимые наземные автономные испытания в «Энергии» и Институте медико-биологических проблем РАН. Второй — тренажерный образец — использовался в процессе подготовки членов экипажей: основного (Алексей Овчинин) и дублирующего (Олег Кононенко). Тренировки в ЦПК с участием специалистов 3D Bioprinting Solutions и РКК «Энергия» уже завершены, все замечания и предложения космонавтов будут учтены.

Третий — лётный — образец аппаратуры для эксперимента «Магнитный 3D-биопринтер» готовится к отправке на МКС. Как отмечается, наибольшие трудности у ученых вызвала не адаптация процесса печати, а разработка специальной кюветы для доставки тканевых сфероидов на МКС, поскольку прежде подобные материалы в готовом виде на станцию никто не отправлял. Всего же в космос планируется направить 12 кювет с клеточными сфероидами мышей и человека. Кюветы будут заправлены химическими реактивами, необходимыми для фабрикации и последующего фиксирования выращенного материала, а также биообразцами, из которых будет выстраиваться конечная структура. По итогам первого этапа эксперимента ученые планируют получить образцы размером в 2-3 мм. Планируется, что это будет хрящевая ткань человека и щитовидная железа грызуна.

Внешнюю обшивку устройства было решено изготовить из допустимого для космических полетов композитного материала ZEDEX, обладающего высокой износостойкостью. При этом для основного корпуса была выбрана классическая нержавеющая сталь. Разработчикам удалось сделать максимально компактную конструкцию, габариты которой по длине, ширине и высоте составляют 25, 15 и 19 см соответственно. Благодаря этому она будет легко помещаться в уже работающий на станции клеточный инкубатор.[3]

Биологические образцы очень чувствительны к времени хранения, поэтому эксперимент необходимо начать непосредственно после прибытия космонавтов и аппаратуры на МКС. Результаты эксперимента должны вернуться на Землю зимой 2018 года. Встречать прибывшие с орбиты биообразцы будет специалист РКК «Энергия», который обеспечит их оперативную доставку биологам — заявителям эксперимента (представителям лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions).

Предполагается, в дальнейшем биопринтер может использоваться как заявителями эксперимента, так и сторонними научными коллективами. Его назначенный срок службы составляет пять лет.

2016: Рабочий прототип

Рабочий прототип биопринтера появился осенью 2016 года, после чего начались его испытания, включавшие пробные работы в невесомости.

Для имитации космических условий в пределах земной лаборатории ученые воспользовались сверхмощной магнитной установкой университета Неймегена (Нидерланды), с помощью которой создавался эффект микрогравитации (индукция использовавшихся при эксперименте магнитов составляет 19 тесла). Для финансирования данного испытания компанией 3D Bioprinting Solutions был получен грант Евросоюза. По итогам испытания разработчики увидели, каким образом принтер будет вести себя на МКС, и произвели все необходимые настройки.

«
В рамках испытаний биопринтера мы использовали три основных подхода, — рассказал соучредитель и управляющий партнер 3D Bioprinting Solutions Юсеф Хесуани. — Первый из них — это тестирование устройства в земных условиях с применением слабых магнитов при высоких концентрациях солей гадолиния для формирования магнитной ловушки. Затем мы снизили концентрацию этих веществ на два порядка и создали необходимую микрогравитацию с помощью супермагнитов (это наш эксперимент в Нидерландах). Третий и самый главный этап будет проводиться уже в российском сегменте МКС в условиях естественной невесомости при минимуме концентрации парамагнетиков и со слабыми магнитами.
»

2014: Первый образец

Летом 2014 года специалисты компании 3D Bioprinting Solutions под руководством профессора Владимира Миронова создали первый отечественный биопринтер.

Примечания