Rewolucyjny krok w dziedzinie medycyny regeneracyjnej wkrótce zostanie dokonany poza granicami naszej planety. W ramach nadchodzącej 33. komercyjnej misji zaopatrzeniowej (CRS-33) firmy SpaceX, zakontraktowanej przez NASA, na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) zostanie wysłany unikalny ładunek naukowy. Jest to eksperyment Instytutu Medycyny Regeneracyjnej Wake Forest (WFIRM), którego celem jest zbadanie zachowania i rozwoju biodrukowanych w 3D konstruktów ludzkiej tkanki wątrobowej w warunkach mikrograwitacji. Projekt ten, sponsorowany przez Laboratorium Narodowe ISS, otwiera drzwi do zupełnie nowych możliwości w leczeniu chorób i tworzeniu organów do przeszczepów.

Wyzwanie waskularyzacji: Kluczowa przeszkoda na Ziemi

Technologia biodruku 3D stanowi jedną z najbardziej obiecujących gałęzi nowoczesnej nauki. Umożliwia naukowcom wykorzystywanie żywych komórek ludzkich jako "bioatramentu" do tworzenia złożonych, trójwymiarowych struktur, które wiernie naśladują funkcję ludzkich tkanek i narządów. Takie inżynierskie konstrukty mają ogromny potencjał – od platform do testowania nowych leków i badania postępu chorób, aż po ostateczny cel, jakim jest naprawa lub wymiana uszkodzonych tkanek w wyniku choroby, urazu lub starzenia się. W centrum tego konkretnego badania znajduje się wątroba, niezbędny do życia organ o niezwykle złożonej strukturze i gęstej sieci naczyń krwionośnych.

Naukowcy z instytutu WFIRM już na Ziemi osiągnęli znaczący sukces, tworząc z powodzeniem konstrukty tkanki wątrobowej z funkcjonalnymi kanałami naczyniowymi, które pozostają żywotne nawet do 30 dni. Jednak właśnie tutaj leży największe wyzwanie. Utrzymanie przy życiu dużych, grubych biodrukowanych tkanek stanowi ogromną przeszkodę ze względu na fundamentalne ograniczenia w tworzeniu skutecznej waskularyzacji. Bez rozgałęzionej sieci kanałów, podobnej do naszych naczyń krwionośnych, tkanka nie może otrzymywać niezbędnego tlenu i składników odżywczych, ani skutecznie usuwać odpadów metabolicznych. W rezultacie tkanki inżynierskie z czasem tracą żywotność, a ich funkcja słabnie i w końcu zanika.

Mikrograwitacja jako potencjalne rozwiązanie

Właśnie unikalne środowisko Międzynarodowej Stacji Kosmicznej może zaoferować rozwiązanie tego ziemskiego problemu. Naukowcy przypuszczają, że warunki mikrograwitacji, czyli postrzeganego stanu nieważkości, mogą radykalnie wpłynąć na zachowanie komórek. Brak dominującej siły grawitacji mógłby zmienić sposób, w jaki komórki rozmieszczają się wewnątrz konstruktu, jak łączą się ze sobą i jak przylegają do biokompatybilnego podłoża. Istnieje nadzieja, że takie warunki mogłyby pobudzić komórki do bardziej spontanicznej i naturalnej samoorganizacji, co skutkowałoby szybszym dojrzewaniem tkanki i tworzeniem stabilniejszych i bardziej funkcjonalnych struktur.

Eksperyment ten powinien dostarczyć kluczowych informacji na temat tego, jak produkować lepszą i trwalszą tkankę, nie tylko na potrzeby badań nad chorobami, ale także do przyszłego zastosowania klinicznego w leczeniu pacjentów na Ziemi. Do przeprowadzenia badań zostanie wykorzystana zaawansowana platforma firmy Redwire Space, znana jako Multi-Use Variable-Gravity Platform (MVP). System ten umożliwia precyzyjną kontrolę warunków i obserwację rozwoju tkanki w czasie rzeczywistym, dostarczając bezcennych danych zespołowi naukowemu.

Profesor James Yoo, jeden z głównych badaczy w instytucie WFIRM, wyraził wielki optymizm. "Pomyślne zakończenie tego eksperymentu mogłoby znacznie rozwinąć inżynierię tkankową na Ziemi i położyć podwaliny pod przyszłą bioprodukcję tkanek i narządów w kosmosie przeznaczonych do transplantacji", oświadczył Yoo. "Te wspólne badania mają potencjał przynieść niezwykłe rezultaty. Wykorzystując technologie biodruku, stworzyliśmy żelopodobne rusztowania z kanałami do przepływu tlenu i składników odżywczych, które naśladują naturalne naczynia krwionośne, otwierając tym samym nowe horyzonty dla leczenia medycznego, zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie."

Droga do gwiazd: Od wyzwania NASA do misji kosmicznej

Droga tego eksperymentu w kosmos rozpoczęła się na Ziemi, od konkursu. Dwa zespoły badaczy i studentów z instytutu WFIRM – Team Winston i Team WFIRM – wzięły udział w konkursie NASA "Vascular Tissue Challenge". Wyzwanie to, będące częścią programu NASA "Centennial Challenges", zostało zaprojektowane w celu stymulowania innowacji w inżynierii tkankowej, które mogłyby przynieść korzyści zarówno eksploracji kosmosu, jak i ludziom na Ziemi poprzez postęp w medycynie regeneracyjnej.

Oba zespoły, dzięki demonstracji swojej technologii, zdobyły cenne nagrody o łącznej wartości 400 000 dolarów na dalsze finansowanie badań. Co ważniejsze, otrzymały możliwość przetestowania swoich innowacji na unikalnej platformie – Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Team Winston będzie pierwszym zespołem, który wyśle swoją technologię na orbitę.

Podczas pobytu na ISS, Team Winston będzie dokładnie oceniać rozwój tkanki oraz funkcjonalność komórek wątrobowych i naczyniowych wewnątrz konstruktu. Szczególny nacisk zostanie położony na wpływ mikrograwitacji na kluczowe cechy komórkowe. Na przykład zespół szczegółowo zbada, czy komórki naczyniowe tworzą prawidłową i ciągłą wyściółkę wewnątrz ścian naczyń krwionośnych w konstrukcie wątrobowym, co jest kluczowe dla jego długoterminowej funkcji.

Współpraca jako fundament przyszłości medycyny

Ten ambitny projekt nie byłby możliwy bez szerokiej współpracy między środowiskiem akademickim, agencjami rządowymi i sektorem prywatnym. Organizacją samego konkursu dla NASA zajął się sojusz New Organ, oddział Fundacji Methuselah. Dziewięcioosobowy panel sędziowski składał się z wiodących ekspertów w dziedzinie medycyny regeneracyjnej, przy wsparciu ekspertów z NASA, Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH), Laboratorium Narodowego ISS i wybitnych badaczy akademickich.

David Gobel, współzałożyciel i dyrektor generalny Fundacji Methuselah, podkreślił znaczenie takich inicjatyw. "Nasza misja w Fundacji Methuselah obejmuje przedłużanie zdrowego życia ludzkiego poprzez postępy w medycynie regeneracyjnej", powiedział Gobel. "Współpracując z NASA i Laboratorium Narodowym ISS w celu przyspieszenia innowacji, nie tylko poprawiamy zdrowie ludzkie na Ziemi, ale także przygotowujemy się na wyzwania eksploracji kosmosu i wzmacniamy przyszły przemysł kosmiczny." Potencjalne zastosowania są dalekosiężne – od tworzenia organów na żądanie, co rozwiązałoby globalny problem niedoboru dawców, po zapewnienie wsparcia medycznego dla astronautów podczas przyszłych długoterminowych misji na Księżyc i Marsa.