Il processo di biostampa 3D nella biostampante portatile Bioprint FirstAid (Bioprint FirstAid) consente l’uso rapido di bio-inchiostri precedentemente preparati, contenenti le cellule del paziente, per formare un cerotto in caso di lesione. Il processo di stampa richiede 10 minuti per ottenere un’adeguata reticolazione del biopolimero e del reticolante. In futuro, la combinazione di cellule, o biomateriali tessuto-specifici, con diversi tipi di cellule e la biostampa 3D ad alta risoluzione può consentire agli scienziati di sviluppare nuove tecniche di modellazione di tessuti e organi per comprendere meglio i meccanismi biofisici di generazione, rigenerazione e longevità dei tessuti. .
La Bioprint FirstAid Handheld Bioprinter (Bioprint FirstAid) è un progetto dimostrativo di tecnologia che mira a verificare una biostampante portatile per l’applicazione sulla Terra e nello spazio.
Bioprint FirstAid offre un’opportunità di ricerca per l’ottimizzazione di materiali e processi di biostampa. I modelli di tessuto 3D basati sulla microgravità sono importanti per un’ulteriore comprensione dei requisiti di bioingegneria e biofabbricazione che sono essenziali per ottenere tessuti altamente vitali e funzionali. In condizioni di microgravità, la pressione dei diversi strati contenenti cellule è assente, così come il potenziale effetto di sedimentazione dei simulanti di cellule viventi. La stabilità del cerotto di tessuto stampato in 3D e il processo di reticolazione potenzialmente dipendente dalla gravità (interfaccia tra elettrolita e membrana) possono essere analizzati per applicazioni future. La biostampa è una sottocategoria della produzione additiva (AM), nota anche come stampa 3D. È definito come la stampa di strutture che utilizzano cellule vitali, biomateriali e molecole biologiche. L’uso del bioprinting per la ricostruzione della pelle dopo le ustioni è un’applicazione che si è sviluppata negli ultimi anni. Tuttavia, fino ad ora sono ancora necessarie biostampanti di grandi dimensioni che prima stampino il tessuto, gli permettano di maturare e poi lo impiantino al paziente.
Pertanto, è stata sviluppata una pratica biostampante 3D per la biostampa delle cellule della pelle. Lo scopo della biostampante portatile è coprire un’area della ferita sulla pelle applicando un bio-inchiostro che forma i tessuti (bio-inchiostro con cellule della pelle) che agisce come un cerotto e accelera il processo di guarigione. L’enfasi principale è sull’adattamento del dispositivo Bioprint FirstAid Handheld Bioprinter (Bioprint FirstAid) per una facile applicazione in missioni in habitat estremi sulla Terra e nello spazio.
Il prototipo di Bioprint FirstAid è dedicato come “Research Only” e non contiene cellule. Il prototipo è una biostampante portatile robusta, puramente meccanica (nessuna batteria richiesta) composta da un dispositivo di dosaggio nell’impugnatura, una testina di stampa, ruote di supporto e una cartuccia di inchiostro. La cartuccia contiene una sostituzione (in totale due diverse sostituzioni, entrambe prive di cellule epiteliali) e un reticolante, che funge da matrice stabilizzante. A scopo dimostrativo, il simulante viene applicato al braccio/gamba di un membro dell’equipaggio avvolto in un foglio, o in alternativa su qualsiasi altra superficie avvolta in un foglio. Inoltre, l’approccio viene testato con cellule umane per il confronto sulla Terra. Il modello di distribuzione dei campioni stampati sulla Terra, rispetto a quelli stampati campionati nello spazio, è un valore importante per la ricerca. Pertanto l’obiettivo di questo progetto è testare la tecnologia di stampa, Poiché il volo spaziale umano continua ad avanzare verso missioni di lunga durata nell’orbita terrestre bassa e verso la Luna e Marte, è importante identificare e caratterizzare in modo accurato e adeguato i fattori di rischio per la salute umana legati alle condizioni ambientali. Allo stesso modo, è fondamentale valutare, definire e stabilire i modi più efficienti ed economici per prevenire, mitigare e risolvere questi rischi, contrastando, ove possibile, i pericoli dell’ambiente spaziale. Ad esempio, l’alterazione della guarigione delle ferite negli ambienti spaziali rende più complicato il trattamento di lesioni più grandi. La biostampa di tessuti viventi offre uno strumento promettente per superare questo problema. Le cellule del corpo possono essere estratte dal sangue e dal tessuto adiposo prima della missione e si potrebbe ottenere un trattamento immediato senza alcun ritardo, in caso di emergenza. Lo scopo di questo progetto è sviluppare una biostampante portatile in grado di coprire un’area della ferita sulla pelle applicando un bioinchiostro che forma i tessuti che agisce come un cerotto e accelera il processo di guarigione. Un cerotto così personalizzato per la guarigione delle ferite ha anche un grande vantaggio sulla Terra. Poiché le cellule in coltura vengono prelevate dal paziente, è improbabile il rigetto da parte del sistema immunitario, consentendo una terapia rigenerativa sicura e personalizzata. Altri vantaggi sono le possibilità di trattamento e una maggiore flessibilità per quanto riguarda le dimensioni e la posizione della ferita. Inoltre, a causa delle sue ridotte dimensioni e portabilità, i medici potrebbero portare il dispositivo ovunque a un paziente immobile se le loro cellule sono state coltivate in anticipo.
Esperimenti in sella alla 24a missione cargo di SpaceX verso la stazione spaziale studiano la biostampa, la cristallizzazione, il bucato
Il 24 ° SpaceX servizi cargo fornire missione, mirata al lancio alla fine di dicembre dal Kennedy Space Center della NASA in Florida, trasporta dimostrazioni ricerca scientifica e tecnologica per la Stazione Spaziale Internazionale . Gli esperimenti a bordo includono studi di bioprinting, cristallizzazione di anticorpi monoclonali, cambiamenti nella funzione immunitaria, cambiamenti nell’espressione genica delle piante, lavaggio di vestiti nello spazio, lavorazione di leghe e progetti di scienze dei cittadini degli studenti.
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Scopri di più su questi esperimenti scientifici a bordo della navicella spaziale Dragon fino al laboratorio orbitante:
Bende bioprinting
La biostampa, una sottocategoria della stampa 3D, utilizza cellule vitali e molecole biologiche per stampare le strutture dei tessuti. Uno studio dell’Agenzia spaziale tedesca, Bioprint FirstAid , dimostra una biostampante portatile e portatile che utilizza le cellule della pelle del paziente per creare un cerotto che forma il tessuto per coprire una ferita e accelerare il processo di guarigione.
Nelle future missioni sulla Luna e su Marte, la biostampa di tali cerotti personalizzati potrebbe aiutare ad affrontare i cambiamenti nella guarigione delle ferite che possono verificarsi nello spazio e potrebbero complicare il trattamento. Estrarre le cellule di un individuo prima di una missione consentirebbe una risposta più immediata alle lesioni.
“Nelle missioni di esplorazione spaziale umana, le lesioni cutanee devono essere trattate in modo rapido ed efficace”, afferma il project manager Michael Becker dell’Agenzia spaziale tedesca presso DLR. “La bioprinting mobile potrebbe accelerare significativamente il processo di guarigione. Il trattamento delle ferite personalizzato e individuale basato sulla bioprinting potrebbe avere un grande vantaggio ed è un passo importante per un’ulteriore medicina personalizzata nello spazio e sulla Terra”.
I cerotti curativi personalizzati hanno anche potenziali benefici sulla Terra, fornendo un trattamento più sicuro e più flessibile ovunque sia necessario. I ricercatori hanno in programma di studiare le toppe stampate nello spazio e i campioni stampati a terra presso l’Università tecnica di Dresda.
Migliorare la consegna dei farmaci antitumorali
Gli anticorpi monoclonali, usati per trattare un’ampia gamma di malattie umane, non si dissolvono facilmente in liquidi e quindi in genere devono essere somministrati per via endovenosa in ambito clinico. I trattamenti somministrati come iniezione nella pelle o nei muscoli potrebbero essere più accessibili e convenienti per coloro che ne hanno bisogno e utilizzare meno risorse costose. CASIS PCG 20 continua a lavorare sulla cristallizzazione di un anticorpo monoclonale sviluppato da Merck Research Labs che è l’ingrediente attivo di un farmaco che colpisce più tumori. Gli scienziati analizzano questi cristalli per saperne di più sulla struttura e sul comportamento dell’ingrediente, con l’obiettivo di creare formulazioni di farmaci che possono essere somministrate per iniezione presso uno studio medico o anche a casa. Un’indagine precedente, PCG-5, ha prodotto sospensioni cristalline di alta qualità, contribuendo agli sforzi in corso per formulare il farmaco per la somministrazione per iniezione.
Valutazione del rischio di infezione
Gli scienziati hanno osservato che il volo spaziale a volte aumenta la virulenza di microbi potenzialmente dannosi e può ridurre la funzione immunitaria umana, il che potrebbe aumentare il rischio di malattie infettive. Host Pathogen valuta i cambiamenti indotti dallo spazio nello stato immunitario coltivando cellule raccolte dai membri dell’equipaggio prima, durante e dopo il volo spaziale con batteri cresciuti in condizioni di volo spaziale simulate e batteri inalterati. I risultati potrebbero aiutare a valutare il potenziale rischio che i microbi infettivi possono rappresentare e potrebbero supportare lo sviluppo di contromisure. Una migliore comprensione di come lo stress può diminuire la funzione immunitaria potrebbe anche migliorare le cure per le persone con un sistema immunitario compromesso sulla Terra.
Radici, germogli e foglie
MVP Plant-01 profila e monitora lo sviluppo dei germogli e delle radici delle piante in condizioni di microgravità per aiutare gli scienziati a comprendere i meccanismi con cui le piante percepiscono e si adattano ai cambiamenti nel loro ambiente. Le piante potrebbero servire come una parte importante dei sistemi di supporto della vita umana per voli spaziali di lunga durata e abitazione della Luna e di Marte. Tuttavia, le piante cresciute nello spazio subiscono stress da una varietà di fattori e studi recenti indicano che l’espressione genica nelle piante cambia in risposta a tali fattori di stress. Una migliore comprensione di questi cambiamenti potrebbe consentire di utilizzare la risposta ai fattori di stress per sviluppare piante più adatte alla crescita negli ambienti spaziali. Per questa indagine, le piante vengono coltivate in piastre di Petri nei moduli Phytofuge di nuova concezione di Techshot.
Verso le lavanderie a gettoni lunari
Gli astronauti sulla stazione spaziale indossano più volte un capo di abbigliamento, quindi lo sostituiscono con nuovi vestiti consegnati durante le missioni di rifornimento. La capacità di carico limitata lo rende una sfida e il rifornimento non è un’opzione per missioni più lunghe come sulla Luna e su Marte. Procter & Gamble Company (P&G) ha sviluppato Tide Infinity, un detergente completamente degradabile specifico per l’uso nello spazio, e PGTIDE studia le prestazioni dei suoi ingredienti per la rimozione delle macchie e la stabilità della formulazione in condizioni di microgravità.
“Da un punto di vista scientifico, le principali sfide per il riciclaggio fuori dal pianeta includono i severi requisiti di compatibilità con i sistemi di purificazione dell’aria, la quantità limitata di acqua disponibile per ogni trattamento di lavaggio e il requisito che l’acqua di lavaggio della biancheria sia purificata e restituita alla potabilità. acqua”, afferma Mark Sivik, ricercatore presso P&G.
Una volta che la tecnologia sarà stata dimostrata nello spazio, aggiunge, Tide utilizzerà questi metodi di pulizia e detersivo per promuovere soluzioni di lavanderia sostenibili e a basso consumo di risorse qui sulla Terra.
Il Laboratorio Nazionale dell’ISS sponsorizza l’esperimento.
Parti fatte nello spazio
Turbine SCM testa un dispositivo di produzione commerciale che elabora parti in lega resistenti al calore in condizioni di microgravità. Le leghe sono materiali formati da almeno due diversi elementi chimici, uno dei quali è un metallo. I ricercatori si aspettano microstrutture più uniformi e proprietà meccaniche migliorate nelle parti in superlega lavorate in microgravità rispetto a quelle lavorate sulla Terra. Questi materiali di qualità superiore potrebbero migliorare le prestazioni dei motori a turbina in settori come l’aerospaziale e la produzione di energia sulla Terra. Turbine SCM è gestito in remoto da Redwire Space.
“Stiamo continuando a sfruttare la stazione spaziale come una piattaforma vitale per promuovere la scoperta scientifica, convalidare le capacità per le infrastrutture commerciali nell’orbita terrestre bassa e dimostrare le tecnologie di esplorazione dello spazio profondo”, ha affermato Justin Kugler, direttore generale di Redwire Mission Solutions. “I nostri carichi utili in questa missione rappresentano l’ampiezza e la versatilità delle nostre capacità di produzione e ricerca e sviluppo in orbita per la fornitura di nuovi prodotti industriali per supportare il volo spaziale umano di lunga durata e a beneficio delle persone sulla Terra”.
Studenti e cittadini come scienziati spaziali
Gli studenti iscritti a istituti di istruzione superiore possono progettare e costruire esperimenti di microgravità come parte dell’Opportunità di carico utile degli studenti con la scienza dei cittadini ( SPOCS ) della NASA . Come parte del loro esperimento, i team selezionati coinvolgono studenti dai gradi K a 12 come scienziati cittadini. La scienza dei cittadini consente alle persone che non sono scienziati professionisti di contribuire in modo significativo alla ricerca nel mondo reale. Il progetto NASA STEM on Station sta finanziando esperimenti in volo su questa missione di rifornimento SpaceX, incluso uno studio sulla resistenza agli antibiotici nella microgravità della Columbia University e uno su come la microgravità colpisce i materiali resistenti ai batteri dell’Università dell’Idaho.
Theo Nelson, responsabile della divulgazione e biologo del protocollo presso la Columbia, sottolinea che le radiazioni spaziali possono causare un aumento dei tassi di mutazione nei batteri e l’emergere di ceppi resistenti agli antibiotici rappresenta una potenziale minaccia per le future missioni spaziali a lungo termine. “Questi batteri sono presenti nei nostri corpi, quindi è impossibile eliminare questa minaccia con il contenimento”, afferma Nelson. “La nostra indagine, Caratterizzazione della resistenza agli antibiotici negli ambienti di microgravità, o CARMEn, mira a caratterizzare la biologia di base di una particolare combinazione di batteri e a migliorare la nostra comprensione di come la microgravità influisca sulla capacità di questi ceppi di causare malattie individualmente e in combinazione”.
“La presenza e la crescita di microbi presenta rischi sia per la salute dei membri dell’equipaggio che per l’integrità materiale dei componenti”, ha affermato Niko Hansen, membro del team dell’Università dell’Idaho. Sottolinea che l’utilizzo di materiali resistenti alla crescita microbica per superfici ad alto contatto all’interno di un veicolo spaziale offre un potenziale rimedio. Il team si è affidato a scienziati cittadini per esaminare alcune sostanze chimiche note e identificare quale valutare in condizioni di microgravità.
da NASA.GOV
