El espacio podría ser el lugar perfecto para cultivar órganos humanos


Astronauta en el espacio haciendo experimentos con órganos humanos en crecimiento.
Los investigadores están descubriendo que el espacio podría ser un entorno ideal para el crecimiento de órganos independientes.NASA vía Techshot

Las impresoras tridimensionales ahora han ensamblado dulces, ropa e incluso ovarios de ratón. Pero en la próxima década, las bioimpresoras especializadas podrían comenzar a construir órganos humanos funcionales en el espacio. Resulta que las condiciones de gravedad mínima en el espacio pueden proporcionar un entorno más ideal para construir órganos que la Tierra con gravedad.

Si tiene éxito, los órganos impresos en el espacio podrían ayudar a acortar las listas de espera de trasplantes e incluso eliminar el rechazo de órganos. Aunque todavía les queda un largo camino por recorrer, los investigadores de la Estación Espacial Internacional (EEI) esperan reunir eventualmente órganos a partir de células humanas adultas, incluidas las células madre.

El campo médico solo tiene recientemente abrazado Impresión 3D en general, particularmente en campos biomédicos como medicina regenerativa y prótesis. Hasta ahora, estas impresoras han producido versiones tempranas de vasos sanguineos, huesosy diferentes tipos de tejido vivo produciendo capas repetidas de bioenlace, una sustancia compuesta de células humanas vivas y otros tejidos destinados a imitar el entorno natural que rodea los órganos en crecimiento.

Recientemente, los investigadores están descubriendo que la Tierra podría no ser el mejor entorno para el crecimiento de órganos independientes. Debido a que la gravedad empuja constantemente estas delicadas estructuras a medida que crecen, los investigadores deben rodear los tejidos en andamios, que a menudo puede debilitar

las delicadas venas y vasos sanguíneos e impiden que los órganos que se van a formar pronto crezcan y funcionen correctamente. Sin embargo, dentro de la microgravedad, los tejidos blandos mantienen su forma de forma natural, sin necesidad de soporte circundante, una observación que ha llevado a los investigadores al espacio.

Y un laboratorio de fabricación con sede en Indiana cree que su tecnología podría desempeñar un papel clave en el espacio. El 3D BioFabrication Facility (BFF) es una impresora 3D especializada que utiliza bioink para construir capas varias veces más delgadas que el cabello humano. Cuesta alrededor de $ 7 millones para construir y emplea Los consejos de impresión más pequeños que existen.

La creación del desarrollador de equipos de vuelos espaciales Techshot y el fabricante de impresoras 3D nScrypt, el BFF se dirigió a la ISS en julio de 2019 a bordo del SpaceX CRS-18.

Actualmente, el proyecto se centra en construir tejido cardíaco artificial cada vez más grueso y devolverlo a la Tierra. Una vez que el tejido cardíaco impreso alcanza un cierto grosor, se hace más difícil para los investigadores asegurarse de que las capas de una estructura impresa crezcan efectivamente entre sí. Sin embargo, en última instancia, les gustaría que los órganos llegaran aquí completamente formados.

Los órganos impresos eventualmente requerirían vasculatura y terminaciones nerviosas para funcionar correctamente, aunque esa tecnología aún no existe.

La siguiente etapa, probar parches cardíacos bajo microscopios y dentro de animales, podría extenderse durante los próximos cuatro años. En cuanto a los órganos completos, Techshot afirma que planea comenzar la producción después de 2025. Por ahora, el proyecto aún está en pañales.

"Si tuviera que ver lo que imprimimos, se ve muy modesto", dice el vicepresidente de avance corporativo de Techshot, Rich Boling. "Es solo una forma de tipo cuboide, esta caja rectangular. Solo estamos tratando de hacer que las células crezcan una capa en la siguiente ".

"Cocinar" órganos como panqueques

Compare el proceso de fabricación con cocinar panqueques, dice Boling. La tripulación espacial primero crea una mezcla de "panqueque" bioink personalizada con las células enviadas desde la Tierra, que cargan con herramientas similares a jeringas en el BFF.

Luego, los investigadores insertan un casete en el BFF que contiene un biorreactor, un sistema que imita las funciones corporales normales esenciales para el crecimiento de tejidos sanos, como proporcionar nutrientes y eliminar los desechos.

Aproximadamente 200 millas más abajo en Greenville, Indiana, los ingenieros de Techshot se conectan con los astronautas de la ISS en una vía digital segura habilitada por la NASA. El enlace permite a Techshot controlar de forma remota las funciones de BFF como la presión de la bomba, la temperatura interna, la iluminación y la velocidad de impresión.

Luego, el proceso de impresión real ocurre dentro del biorreactor y puede tomar desde minutos hasta horas, dependiendo de la complejidad de la forma. En el paso final de producción, el Procesador de Experimentos Espaciales Avanzados (ADSEP) de cultivo celular “cocina” el panqueque teórico; esencialmente, el ADSEP endurece el tejido impreso para su viaje de regreso a la tierra. Este paso puede tomar de 12 a 45 días para diferentes tipos de tejidos. Cuando se completa y endurece, la estructura se dirige a casa.

Los investigadores han pasado por tres procesos de prueba hasta ahora, cada uno más exacto. Este marzo, comenzarán la tercera ronda de experimentos.

La carrera espacial bioimpresora

El laboratorio BFF es el único equipo que desarrolla este tipo específico de bioimpresora de microgravedad, dice Boling. Sin embargo, no son los únicos que buscan imprimir órganos humanos en el espacio.

Un proyecto ruso también ha entrado en la carrera espacial de bioimpresión, sin embargo, su técnica es muy diferente. A diferencia del método de estratificación de bioenlace de BFF, el laboratorio de biotecnología ruso Soluciones de bioimpresión 3D usos nanopartículas magnéticas para producir tejido. Un electroimán crea un campo magnético en el que el tejido levitante forma la estructura deseada, una tecnología que parece arrancada de las páginas de una novela de ciencia ficción.

Después de que su bioimpresora fue víctima de un Accidente de la nave espacial de octubre de 2018, Las soluciones de bioimpresión 3D se recuperaron; El equipo ahora colabora con investigadores estadounidenses e israelíes en la EEI. El mes pasado, su tripulación creó el primer espacio bioimpreso tejido óseo. Similar al proyecto de EE. UU., 3D Bioprinting Solutions tiene como objetivo fabricar tejidos y órganos humanos en funcionamiento para trasplantes y reparaciones generales.

"Solo porque tenemos la tecnología para hacerlo, ¿deberíamos hacerlo?"

Si la instalación de biofabricación 3D prospera en la impresión de órganos humanos en funcionamiento, estarían sujetos a una regulación exhaustiva aquí en la Tierra. El proceso de aprobación de los Estados Unidos es estricto para cualquier medicamento, dice Rich Boling, lo que representa un desafío para esta invención sin precedentes. Techshot predice al menos 10 años para que los órganos impresos en el espacio logren la aprobación legal, aunque es una estimación inexacta.

Junto con la aceptación reglamentaria, el tejido humano impreso en microgravedad puede encontrar retroceso social.

Cada país mantiene diversas leyes relacionadas con los trasplantes médicos. Sin embargo, a medida que la bioingeniería avanza hacia el la frontera final, la comunidad internacional de investigación científica puede necesitar formular nuevas pautas para la colaboración entre las estrellas.

"A medida que la comercialización de la órbita terrestre baja continúe aumentando en los próximos años, es cierto que vamos a tener que observar muy de cerca las regulaciones que se aplican a eso", dice interino la Estación Espacial Internacional. jefe científico Michael Roberts. "Y algunas de esas regulaciones se desviarán en cuestiones relacionadas con la ética: solo porque tenemos la tecnología para hacerlo, ¿deberíamos hacerlo?"

Niki Vermeulen, profesora de estudios de tecnología e innovación científica de la Universidad de Edimburgo, tiene investigado Las implicaciones sociales de los experimentos de bioimpresión 3D. Al igual que cualquier proyecto con destino a la Tierra, insta a los científicos a no despertar las esperanzas de las personas demasiado pronto en el proceso; Las personas que buscan trasplantes de órganos podrían leer sobre el BFF en línea y pensar que pronto podría estar listo para satisfacer sus necesidades.

"Lo más importante ahora, creo, es la gestión de expectativas", dice Vermeulen. "Porque es realmente bastante difícil hacer esto y, por supuesto, realmente no sabemos si va a funcionar". Si lo hiciera, sería increíble ".

Otro problema principal es el costo. Al igual que otras innovaciones de biotecnología de vanguardia, los órganos también podrían representar un gran desafío de asequibilidad, dice ella. Techshot afirma que un solo órgano impreso en el espacio podría costar menos que uno de un donante humano, ya que algunas personas deben pagar una vida de medicamentos contra el rechazo y / o trasplantes múltiples. Sin embargo, actualmente no se sabe cuánto tiempo tomaría el proceso BFF en comparación con la ruta convencional de los donantes.

Además, existen riesgos potenciales para la salud de los receptores: el científico jefe de Techshot, Eugene Boland, dice que la manipulación celular siempre presenta una posibilidad de mutación genética. Las células madre modificadas pueden potencialmente causa cancer en destinatarios, por ejemplo.

El equipo ahora está trabajando para definir y minimizar cualquier peligro, dice. El experimento BFF se adhiere a la Regulaciones específicas de la FDA para "células humanas, tejidos y productos celulares y basados ​​en tejidos".

Los investigadores en el terreno ahora esperan perfeccionar la manipulación de células humanas: más de 100 ensayos clínicos en EE. UU. Actualmente prueban cultivos autólogo células humanas y varios cientos de células madre cultivadas de prueba con múltiples orígenes.

Que viene despues

Después de la próxima ronda de pruebas de impresión en marzo, Techshot compartirá la bioimpresora con empresas e instituciones de investigación que buscan imprimir materiales como cartílago, hueso y tejido hepático. Actualmente están preparando la bioimpresora para estos usos adicionales, dice Boling, lo que podría mejorar la atención médica en su conjunto.

Para acelerar las cosas para las tripulaciones espaciales, Techshot ahora está construyendo un fábrica celular que produce múltiples tipos de células en órbita. Esta tecnología podría reducir el número de entregas de células entre la Tierra y el espacio.

La ISS ha tomado muchas empresas comerciales en los últimos años, dice Michael Roberts, y se está abarrotando allí. Los experimentos basados ​​en el espacio aumentaron entre 40 y 50 años atrás, aunque hasta hace poco priorizaban principalmente las comunicaciones por satélite y la tecnología de observación remota. Desde entonces, los satélites se han reducido del tamaño de un autobús a más pequeños que una caja de zapatos.

Roberts ha sido testigo de cómo las áreas científicas de interés se ampliaron durante la última década para incluir la medicina. Organizaciones como los Institutos Nacionales de Salud ahora están buscando espacio para mejorar los tratamientos, y todo, desde grandes compañías farmacéuticas hasta nuevas empresas a pequeña escala, quieren participar.

"Tienen algo atascado en cada superficie", dice.

A medida que la ISS se queda sin espacio y puntos de fijación exteriores, Roberts predice que las empresas comerciales construirán nuevas instalaciones construidas para actividades específicas como la fabricación y el crecimiento de la planta. Lo ve como una buena oportunidad para una mayor innovación, ya que la EEI se diseñó originalmente para fines mucho más generales.

El espacio, en su conjunto, puede comenzar a verse bastante diferente de la primera era de exploración.

Los baby boomers pueden recordar haber visto un alunizaje granuloso en blanco y negro hace cinco décadas. Dentro de la misma vida, podrían observar la introducción de órganos impresos en el espacio.



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