Revolucionarni korak u području regenerativne medicine uskoro će se dogoditi izvan granica našeg planeta. U sklopu nadolazeće 33. komercijalne misije opskrbe (CRS-33) tvrtke SpaceX, ugovorene od strane NASA-e, prema Međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS) bit će poslan jedinstven znanstveni teret. Riječ je o eksperimentu koji potpisuje Institut za regenerativnu medicinu Wake Forest (WFIRM), a čiji je cilj istražiti ponašanje i razvoj 3D bioprintanih konstrukata ljudskog jetrenog tkiva u uvjetima mikrogravitacije. Ovaj projekt, sponzoriran od strane Nacionalnog laboratorija ISS-a, otvara vrata potpuno novim mogućnostima u liječenju bolesti i stvaranju organa za transplantaciju.

Izazov vaskularizacije: Ključna prepreka na Zemlji

Tehnologija 3D bioprintanja predstavlja jednu od najperspektivnijih grana moderne znanosti. Omogućuje znanstvenicima da, koristeći žive ljudske stanice kao "biotintu", stvaraju složene trodimenzionalne strukture koje vjerno oponašaju funkciju ljudskih tkiva i organa. Takvi inženjerski stvoreni konstrukti imaju ogroman potencijal – od platformi za testiranje novih lijekova i proučavanje napredovanja bolesti, pa sve do konačnog cilja, a to je popravak ili zamjena oštećenih tkiva uslijed bolesti, ozljeda ili starenja. U središtu ovog konkretnog istraživanja nalazi se jetra, vitalni organ iznimno složene strukture i guste mreže krvnih žila.

Znanstvenici s instituta WFIRM već su na Zemlji postigli značajan uspjeh, uspješno stvorivši konstrukte jetrenog tkiva s funkcionalnim vaskularnim kanalima koji ostaju održivi i do 30 dana. Međutim, upravo ovdje leži i najveći izazov. Održavanje velikih, debelih bioprintanih tkiva na životu predstavlja golemu prepreku zbog fundamentalnih ograničenja u stvaranju učinkovite vaskularizacije. Bez razgranate mreže kanala, slične našim krvnim žilama, tkivo ne može dobiti prijeko potreban kisik i hranjive tvari, niti se može učinkovito riješiti metaboličkog otpada. Posljedica toga je da inženjerska tkiva s vremenom gube vitalnost, a njihova funkcija slabi i na kraju prestaje.

Mikrogravitacija kao potencijalno rješenje

Upravo bi jedinstveno okruženje Međunarodne svemirske postaje moglo ponuditi rješenje za ovaj zemaljski problem. Znanstvenici pretpostavljaju da bi uvjeti mikrogravitacije, odnosno percipiranog bestežinskog stanja, mogli dramatično utjecati na ponašanje stanica. Odsutnost dominantne sile teže mogla bi promijeniti način na koji se stanice raspoređuju unutar konstrukta, kako se međusobno povezuju i kako prianjaju na biokompatibilnu podlogu. Postoji nada da bi ovakvi uvjeti mogli potaknuti stanice na spontanije i prirodnije samoorganiziranje, što bi rezultiralo bržim sazrijevanjem tkiva i formiranjem stabilnijih i funkcionalnijih struktura.

Ovaj bi eksperiment trebao pružiti ključne uvide u to kako proizvesti bolje i dugotrajnije tkivo, ne samo za istraživanje bolesti, već i za buduću kliničku primjenu u liječenju pacijenata na Zemlji. Za provođenje istraživanja koristit će se napredna platforma tvrtke Redwire Space, poznata kao Multi-Use Variable-Gravity Platform (MVP). Ovaj sustav omogućuje preciznu kontrolu uvjeta i promatranje razvoja tkiva u stvarnom vremenu, pružajući neprocjenjive podatke znanstvenom timu.

Profesor James Yoo, jedan od voditelja istraživanja na institutu WFIRM, izrazio je veliki optimizam. "Uspješan završetak ovog eksperimenta mogao bi značajno unaprijediti tkivno inženjerstvo na Zemlji i postaviti temelje za buduću bioproizvodnju tkiva i organa u svemiru namijenjenih transplantaciji", izjavio je Yoo. "Ovo kolaborativno istraživanje ima potencijal donijeti izvanredne rezultate. Koristeći tehnologije bioprintanja, stvorili smo gelu slične okvire s kanalima za protok kisika i nutrijenata koji oponašaju prirodne krvne žile, otvarajući tako nove horizonte za medicinske tretmane, kako na Zemlji, tako i u svemiru."

Put do zvijezda: Od NASA-inog izazova do svemirske misije

Put ovog eksperimenta do svemira započeo je na Zemlji, kroz natjecanje. Dva tima istraživača i studenata s instituta WFIRM – Team Winston i Team WFIRM – sudjelovala su u NASA-inom natječaju "Vascular Tissue Challenge". Ovaj izazov, koji je dio NASA-inog programa "Centennial Challenges", osmišljen je s ciljem poticanja inovacija u tkivnom inženjerstvu koje bi mogle donijeti dobrobit kako istraživanju svemira, tako i ljudima na Zemlji kroz napredak regenerativne medicine.

Oba tima su, zahvaljujući demonstraciji svoje tehnologije, osvojila vrijedne nagrade u ukupnom iznosu od 400.000 dolara za daljnje financiranje istraživanja. Što je još važnije, dobili su priliku testirati svoje inovacije na jedinstvenoj platformi – Međunarodnoj svemirskoj postaji. Team Winston bit će prvi tim koji će svoju tehnologiju poslati u orbitu.

Tijekom boravka na ISS-u, Team Winston će pažljivo procjenjivati razvoj tkiva i funkcionalnost jetrenih i vaskularnih stanica unutar konstrukta. Poseban naglasak bit će stavljen na utjecaj mikrogravitacije na ključne stanične karakteristike. Primjerice, tim će detaljno ispitivati formiraju li vaskularne stanice ispravnu i kontinuiranu ovojnicu unutar stijenki krvnih žila u jetrenom konstruktu, što je ključno za njegovu dugoročnu funkciju.

Suradnja kao temelj budućnosti medicine

Ovaj ambiciozni projekt ne bi bio moguć bez široke suradnje između akademske zajednice, vladinih agencija i privatnog sektora. Organizaciju samog natjecanja za NASA-u provela je alijansa New Organ, ogranak Zaklade Methuselah. Devetočlani sudački panel činili su vodeći stručnjaci iz područja regenerativne medicine, uz podršku eksperata iz NASA-e, Nacionalnog instituta za zdravlje (NIH), Nacionalnog laboratorija ISS-a i uglednih akademskih istraživača.

David Gobel, suosnivač i izvršni direktor Zaklade Methuselah, naglasio je važnost ovakvih inicijativa. "Naša misija u Zakladi Methuselah uključuje produljenje zdravog ljudskog života kroz napredak regenerativne medicine", rekao je Gobel. "Suradnjom s NASA-om i Nacionalnim laboratorijem ISS-a na ubrzavanju inovacija, ne samo da poboljšavamo ljudsko zdravlje na Zemlji, već se pripremamo i za izazove istraživanja svemira i jačamo buduću svemirsku industriju." Potencijalne primjene su dalekosežne – od stvaranja organa na zahtjev, čime bi se riješio globalni problem nedostatka donora, pa sve do osiguravanja medicinske podrške za astronaute na budućim dugotrajnim misijama prema Mjesecu i Marsu.