Miglioramenti allo strumento di bio-tessitura sulla ISS Grazie a Lithoz
Le scoperte scientifiche e le missioni di ricerca oltre la superficie terrestre stanno rapidamente andando avanti. I progressi nei campi della ricerca, della medicina spaziale, della vita e delle scienze fisiche, stanno sfruttando gli effetti della microgravità per trovare soluzioni ad alcuni grossi problemi qui sulla Terra. I ricercatori nella stampa 3D e nella bioprinting hanno approfittato delle strutture spaziali che sono dedicate a condurre molteplici esperimenti in orbita, come lo studio degli effetti della microgravità sulla crescita di tessuti tridimensionali simili all’uomo, creando cristalli proteici di alta qualità che aiuteranno gli scienziati sviluppare farmaci più efficaci e persino coltivare carne con la tecnologia di stampa 3D.
Il 2 novembre 2019, un razzo Northrop Grumman Antares ha lanciato con successo un veicolo spaziale Cygnus in missione verso la Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Il carico utile a bordo del Cygnus includeva materiali di consumo per il 3D BioFabrication Facility (BFF), come cellule umane, bioink, nonché nuovi collettori di fluidi ceramici stampati in 3D che sostituivano quelli precedentemente utilizzati stampati da polimeri. Secondo Lithoz – l’azienda dietro i collettori di fluidi ceramici stampati in 3D – stanno permettendo progressi nella bioprinting presso la ISS.
Le ceramiche prodotte da additivi sono in servizio da novembre 2019 e Lithoz afferma di aver dimostrato di fornire una migliore biocompatibilità rispetto ai polimeri stampati, risultando in strutture più grandi vitali.
Lithoz, un’azienda specializzata nello sviluppo e nella produzione di materiali e sistemi AM per la stampa 3D di protesi ossee e ceramiche ad alte prestazioni, ha stampato i collettori in ceramica utilizzando la produzione di ceramica a base di litografia (LCM) su una stampante CeraFab ad alta risoluzione in collaborazione con Techshot , una delle aziende dietro lo sviluppo del BFF. Inoltre, i BFF sono utilizzati all’interno dei bioreattori per fornire nutrienti ai materiali viventi nello spazio dal BFF.
Il collaudo dei collettori stampati in ceramica 3D si concentra su biocompatibilità, precisione, durata e proprietà complessive del flusso del fluido; e l’ultimo round di bioprinting di microgravità a dicembre ha prodotto costrutti biologici più grandi rispetto ai primi tentativi di BFF a luglio.
Gli ingegneri e gli scienziati di Techshot e Lithoz hanno lavorato insieme per ottimizzare la progettazione e i processi di produzione necessari per realizzarlo. Lo scienziato senior Techshot Carlos Chang ha riferito che “è stato un vero piacere lavorare con Lithoz”.
Mentre il vicepresidente della Lithoz, Shawn Allan, ha suggerito che “la loro esperienza nella lavorazione della ceramica ha reso davvero possibili queste parti. Il successo della produzione di additivi ceramici dipende dalla collaborazione con design, materiali e stampa. Il design per i principi di produzione di additivi ceramici è stato utilizzato insieme al controllo dei parametri di stampa per ottenere il complesso design di gestione dei fluidi di Techshot con la sicurezza necessaria per utilizzare i componenti su ISS. “
Con sede a Vienna, in Austria, e fondata nel 2011, Lithoz offre applicazioni e sviluppo di materiali ai propri clienti in collaborazione con rinomati istituti di ricerca di tutto il mondo, beneficiando di una varietà di materiali che vanno da allumina, zirconia, nitruro di silicio, a base di silice per applicazioni core casting attraverso bioceramica di livello medico.
Questo lavoro, in particolare, ha evidenziato un caso d’uso ideale per la produzione di additivi ceramici per consentire la produzione di uno speciale dispositivo compatto che non potrebbe essere prodotto senza la produzione di additivi, consentendo al contempo un livello di biocompatibilità e resistenza non ottenibili con polimeri stampabili. Lithoz ha riferito che gli ingegneri di Techshot sono stati in grado di interfacciare le più grandi biostrutture con i collettori ceramici stampati con Lithoz e che i passi successivi si concentreranno sull’integrazione ottimizzata di questi componenti e una più lunga coltura dei materiali biologici stampati. Mentre i tessuti umani condizionati da questa missione dovrebbero ritornare sulla Terra all’inizio del 2020 per essere valutati.
Già nel luglio 2019, Gene Boland, chief scientist di Techshot , e Ken Chiesa, chief executive officer di nScrypt , ha discusso la BFF alla NASA s’ Kennedy Space Centera Port Canaveral, in Florida, il modo in cui pianificavano di usare il BFF in orbita per stampare cellule (matrici extracellulari), farle crescere e farle maturare in modo tale che quando tornano sulla Terra i ricercatori possano incontrare una forza cardiaca quasi completa. Church ha descritto come un tessuto di queste dimensioni non è mai stato coltivato qui sulla Terra, per non parlare della microgravità. La 3D BFF è la prima stampante 3D in assoluto in grado di produrre tessuti umani nelle condizioni di microgravità dello spazio. Utilizzando cellule umane adulte (come pluripotenti o cellule staminali), il BFF può creare tessuti vitali nello spazio attraverso una tecnologia che gli consente di posizionare e costruire con precisione strati ultra sottili di bioink – strati che possono essere molte volte più piccoli della larghezza di un capello umano – che coinvolge i più piccoli ugelli di stampa esistenti.
Gli esperti suggeriscono che la bioprinting senza gravità elimina il rischio di collasso, consentendo agli organi di crescere senza la necessità di impalcature, offrendo un’ottima alternativa ad alcune delle maggiori sfide mediche, come la fornitura di organi bioprinted, fornendo una soluzione alla carenza di organi.
Con la NASA sempre più impegnata a stimolare l’economia in orbita terrestre bassa (LEO) , nonché ad aprire il laboratorio di ricerca ISS a indagini e esperimenti scientifici , possiamo aspettarci di saperne di più su alcune delle scoperte più interessanti che potrebbero aver luogo 220 miglia sopra la Terra. Esistono già alcuni esperimenti di bioprinting che si svolgono sulla ISS, tra cui lo stabilimento di produzione additiva esistente di Allevi e Made In Space sulla ISS , il bioestrusore ZeroG che consente agli scienziati sulla piattaforma Allevi di eseguire contemporaneamente esperimenti sia a terra che in spazio per osservare le differenze biologiche che si verificano con e senza gravità, e la collaborazione di CELLINK con Made In Spaceidentificare opportunità di sviluppo di bioprinting 3D per la ISS e per future piattaforme off-world. Tutti questi approcci dovrebbero avere un impatto sul futuro della medicina sulla Terra.