Впервые за пределами Земли удалось напечатать ткани почек и печени, что может помочь в решении ключевых медицинских проблем на нашей планете. Биопринтер AMP-1, созданный компанией Auxilium, успешно изготовил ткани почек, печени и хрящей прямо на Международной космической станции.
Ирина Петрова
Биологические ткани, напечатанные на 3D-принтере. Источник фото: Auxilium Biotechnologies
Микрогравитация на службе медицины
Любой орган человеческого тела устроен сложным образом: клетки должны располагаться в строго определённом порядке. К примеру, клетки печени или почки вместе с поддерживающими их тканями обязаны находиться на своих местах, иначе орган не сможет функционировать нормально. Воссоздание такой клеточной структуры долгое время оставалось одной из самых трудных задач в области биопечати, где учёные применяют живые клетки как чернила, выстраивая из них биологические конструкции слой за слоем.
Интересно, что новый эксперимент на МКС показал: микрогравитация может частично решить эту проблему. Калифорнийская компания Auxilium Biotechnologies использовала орбитальный биопринтер, чтобы успешно создать ткани, содержащие человеческие клетки почек, печени и хрящей. Это первый зафиксированный случай производства тканей почек и печени за пределами Земли.
«Успешная биопечать живой ткани печени и почек на борту МКС — значительный шаг вперёд для регенеративной медицины», — отметил Энтони Атала, один из исследователей и директор Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Северной Каролине. Хотя в ходе миссии не были получены органы для пересадки, эксперимент продемонстрировал, что микрогравитация способствует более равномерному распределению клеток в напечатанных тканях. Это важный этап на пути к созданию живых тканей и других сложных биологических структур в космосе.
Автономность платформы AMP-1 также открывает новые возможности для экспериментов, которые ранее были невозможны из-за ограниченного времени пребывания астронавтов на орбите. Биопринтер управляется дистанционно с Земли, что позволяет в реальном времени корректировать параметры печати, наблюдая за поведением клеток через бортовые камеры.
Это снижает необходимость участия экипажа и увеличивает пропускную способность миссий — за один полёт можно напечатать несколько типов тканей и устройств, что значительно удешевляет каждый произведённый образец. Для фармацевтических компаний это означает потенциальную возможность массового тестирования лекарств на искусственных тканях, выращенных в контролируемых космических условиях.
Почему для регенеративной медицины нужен космос?
За последние десять лет биопечать активно развивалась, давая надежду на создание тканей для регенеративной медицины, изучения болезней и тестирования лекарств. Однако одно препятствие оказалось неожиданно сложным — гравитация. Когда клетки и микроскопические частицы смешиваются с биочернилами, под действием силы тяжести они со временем начинают двигаться и оседать.
В результате в одних участках ткани оказывается слишком много клеток, а в других — слишком мало. Этот эффект напоминает, как ягоды черники опускаются на дно теста для кексов перед выпечкой. Но в живых органах разные типы клеток должны занимать строго определённые места. Если распределение нарушено, ткань может работать неправильно.
Исследователи из Auxilium впервые столкнулись с этой сложностью при разработке имплантатов для восстановления нервов, некоторые варианты которых уже проходят клинические испытания. Компания стремилась, чтобы частицы с лекарственными веществами равномерно распределялись по имплантатам, обеспечивая постоянное поступление регенеративных соединений к заживающим нервам. Поскольку на Земле эти частицы склонны оседать под действием гравитации, компания начала изучать, как микрогравитация может помочь лучше контролировать их размещение.
Чтобы ослабить эффект оседания, в 2024 году Auxilium отправила свой орбитальный биопринтер AMP-1 на МКС. Последняя миссия расширила применение технологии от медицинских имплантатов до производства тканей.
Учёные из Института регенеративной медицины Уэйк-Форест (WFIRM) предоставили клетки человеческих почек и печени, а также образцы тканей, а команда Auxilium — орбитальную производственную платформу, способную создавать ткани в условиях микрогравитации.
Параллельно исследователи из WFIRM и Auxilium уже начали подготовку следующей миссии, которая будет нацелена на печать более крупных фрагментов тканей, содержащих несколько типов клеток одновременно.
Если текущий эксперимент доказал, что клетки можно удерживать в нужных позициях, то следующая задача — заставить их формировать функциональные связи друг с другом, как это происходит в естественных органах. Это потребует использования биоактивных факторов роста и более точного управления микроокружением в процессе печати.
Несмотря на все сложности, нынешний успех окончательно изменил представление о границах возможного в регенеративной медицине.
На орбите впервые напечатаны ткани печени, почек, хрящей и 28 имплантатов
Печать нескольких типов тканей и медицинских изделий за одну миссию стала ещё одним достижением. Во время полёта биопринтер AMP-1 изготовил на МКС ткани почек, печени и хрящей, используя специальные биочернила с живыми клетками.
«Впервые мы успешно напечатали на биопринтере ткани почек и печени в космосе, доказав, что сложные биологические продукты можно производить на орбите», — заявил агентству Reuters Джейкоб Коффлер, генеральный директор Auxilium. Инженеры наблюдали за работой принтера с Земли через бортовые камеры и при необходимости загружали новые инструкции, что позволяло вносить изменения в процесс печати прямо во время миссии.
Дополнительным преимуществом космической биопечати оказалась возможность создавать более сложные сосудистые структуры. Внутри органов кровеносные сосуды обеспечивают питание клеток, и их воспроизведение — одна из самых сложных задач регенеративной медицины.
В ходе эксперимента на МКС инженерам удалось частично решить проблему: в условиях отсутствия гравитации каналы внутри напечатанных тканей не схлопывались и не деформировались, что на Земле требует сложных поддерживающих каркасов. Это особенно важно для печени и почек, которые обладают разветвлённой сосудистой сеткой. Если удастся стабильно воспроизводить такие каналы, в перспективе это может ускорить создание полноценных тканевых конструктов, пригодных для трансплантации.
Компания назвала эту миссию первой демонстрацией масштабируемой платформы для биопроизводства нескольких продуктов на орбите. В отличие от многих предыдущих проектов космического производства, сосредоточенных на одном продукте или проверке концепции, эта миссия показала, что одна автономная платформа может создавать разные типы тканей и имплантируемые медицинские изделия в рамках одного производственного цикла.
«Во время той же миссии мы изготовили хрящевую ткань и 28 имплантатов для восстановления нервов, используя одну и ту же платформу», — добавил Коффлер. Ткани и имплантаты вернулись на Землю на борту миссии AXLM-3, запущенной в рамках NASA SpaceX CRS-34. Космический корабль приводнился у побережья Калифорнии 17 июня 2026 года.
И все-таки пока это эксперимент
Несмотря на успех, до трансплантации органов ещё далеко. Сейчас учёные анализируют возвращённые образцы, чтобы понять, как микрогравитация повлияла на качество тканей и организацию клеток. Однако до печати полностью функциональных органов на орбите ещё далеко. Созданные структуры были экспериментальными тканями, а не полноценными органами для пересадки.
Поэтому достижение стоит рассматривать как первый шаг, а не как прорыв в медицине. До применения выращенных в космосе тканей для лечения пациентов пройдут годы, и исследователям ещё нужно доказать явные преимущества этого метода перед земными технологиями.
Тем не менее, результаты убедительно показывают, что отказ от гравитации в процессе производства может помочь удерживать клетки именно там, где они нужны. «Равномерное распределение клеток, достигнутое на борту космической станции, открывает реальные возможности для производства медицинских устройств и тканей в космосе», — подытожил Энтони Атала из WFIRM.
Ключевым аспектом, который сейчас изучают специалисты, является вопрос механической стабильности и функциональности напечатанных структур после возвращения на Землю. В условиях микрогравитации клетки не испытывают привычного гравитационного давления, что позволяет им закрепляться в заданных координатах биочернил без оседания. Однако по возвращении в нормальную гравитацию эти ткани подвергаются воздействию сил, к которым они не адаптированы в процессе формирования.
Первые данные, полученные после приводнения капсулы, показывают, что образцы сохранили свою целостность и не расслоились, что даёт зелёный свет для следующего этапа исследований — долгосрочного культивирования напечатанных тканей в земных условиях.
Однако коммерциализация космической биопечати столкнётся с серьёзными экономическими барьерами. Доставка грузов на МКС и обратно обходится в тысячи долларов за килограмм, и пока это делает орбитальное производство оправданным только для уникальных, высокотехнологичных продуктов.
Тем не менее развитие частных космических станций и снижение стоимости запусков могут в ближайшие пять-десять лет изменить эту картину. В долгосрочной перспективе именно такая гибридная модель — создание сложных тканей в космосе и их финальное выращивание на Земле — может стать экономически эффективной.
Вот еще примеры инновационной медицины будущего, которая уже становится нашим настоящим»: ультразвуковая наклейка на грудь нормализует ритм сердца и визуализирует внутренние органы; созданный специалистами Чикагского университета автономный эластичный пластырь, имитирующий свойства кожи, способен с 99,6-процентной точностью диагностировать и корректировать фатальные нарушения сердечного ритма. А робот-медуза, дрейфующий внутри организма, доставит лекарство в нужную зону и покажет состояние внутренних органов.
