Een grote verscheidenheid aan onderzoek is gebaseerd op het kweken van cellen in cultuur op aarde, maar het hanteren van deze cellen is een uitdaging. Met betere technieken, wetenschappers hopen het verlies van cellen uit kweekmedia te verminderen, culturen creëren in specifieke vormen, en het ophalen van cellen voor analyse verbeteren - wat allemaal de experimentresultaten zou verbeteren. Het omgaan met cellen in microzwaartekracht vormt nog grotere uitdagingen, en met lopend celonderzoek aan boord van het internationale ruimtestation, het optimaliseren van hanteringstechnieken is van cruciaal belang.

Het onderzoek naar Magnetic 3D Cell Culturing past de op aarde gebaseerde techniek toe waarbij magnetische krachten worden gebruikt om celculturen te hanteren in de microzwaartekrachtomgeving van het ruimtestation. Onderzoekers voegen goudatomen in een polymeermatrix toe aan een kweek van menselijke longkankercellen. Deze atomen binden sterk aan het membraan van de cellen, waardoor ze vervolgens met magneten kunnen worden gemanipuleerd.

"Deze technologie stelt ons in staat om cellen in de ruimte te hanteren op een manier die momenteel niet mogelijk is, " zei projectmanager Luis Zea, onderzoeksmedewerker bij BioServe Space Technologies, Universiteit van Colorado, Kei. "We kunnen het gebruiken om cellen te manipuleren en ervoor te zorgen dat ze zijn waar we ze willen hebben. Bijvoorbeeld, bij het toevoegen van vers medium of een fixeermiddel aan een cultuur, er is een goede kans dat cellen zullen bewegen, die de parameters van het experiment beïnvloedt. Na het toevoegen van deze magnetische deeltjes, we kunnen magneten gebruiken om de cellen op één plaats te houden."

De techniek, bekend als bioprinten, maakt het ook mogelijk om celculturen in twee dimensies te kweken op een oppervlak in de ruimte, de manier waarop ze van nature op aarde groeien.

"Op aarde, je plaatst cellen op een biofilmmedium en ze groeien op het oppervlak, " legde Zea uit. "Dat gebeurt niet in de ruimte, omdat er niet genoeg zwaartekracht is om ze aan dat oppervlak te houden. Dus momenteel, we beginnen met het kweken van cellen op een medium op de grond, lancering naar de ruimte, en start het experiment. Met de magnetische deeltjes, we kunnen beginnen met het kweken van celculturen in de ruimte op dezelfde manier als op aarde."

Deze tweedimensionale celculturen bieden controles voor ruimtegebaseerd celcultuuronderzoek en vergelijkingen met grondstudies. Dat verbetert de cel- en weefselkweekmogelijkheden van het in een baan om de aarde draaiende laboratorium en maakt biologisch onderzoek mogelijk dat voorheen onhaalbaar werd geacht in de ruimte.

Glauco Souza, hoofdonderzoeker bij Nano3D Biosciences, Inc in Houston en collega's hebben onderzoek gedaan waaruit blijkt dat de gouden nanodeeltjes niet interfereren met biologische processen wanneer ze op aarde worden getest.

De technologie heeft ook potentiële toepassingen voor onderzoeken waarbij 3D-celculturen nodig zijn. In de ruimte, celculturen groeien in 3D, die decennia van onderzoek hebben aangetoond, is meer representatief voor hoe cellen groeien en functioneren in levende organismen. Onderzoekers kunnen deze technologie misschien gebruiken om de vorm van 3D-culturen te richten op een specifiek onderzoeksdoel, zoals een bepaald type kanker, zei Zea. Culturen creëren die de kenmerken van weefsel in levende organismen beter vastleggen, bijna net zo gemakkelijk op de grond als in de ruimte zou kunnen, bijvoorbeeld, de ontwikkelingskosten van geneesmiddelen verlagen.

"Dit onderzoek test een nieuwe technologie en andere wetenschappers kunnen dan bepalen hoe deze van toepassing kan zijn op hun onderzoeksgebied, ' zei Zea.

Het onderzoek maakt gebruik van bestaande hardware aan boord van het ruimtestation. Nano3D Biosciences ontwikkelde de magnetische nanodeeltjestechnologie en, met steun van het Center for Advancement of Science in Space (CASIS), dat het Amerikaanse National Lab aan boord van het station beheert, aangepast voor experimenten in de ruimte. Het bedrijf ontwikkelde ook de celbioprinttechnologie voor het vormen van 2-D of monolaagkweken van cellen. Samen, deze technologieën maken het mogelijk cellen in 2D en 3D te kweken, zowel in de ruimte als op de grond, die helpt het effect van de zwaartekracht op een experiment te isoleren.