3D-printen van menselijk weefsel kan helpen om astronauten gezond te houden tot aan Mars. Een ESA-project heeft zijn eerste bioprinted huid- en botmonsters geproduceerd.

Deze ultramoderne monsters zijn gemaakt door wetenschappers van het Universitair Ziekenhuis van de Technische Universiteit van Dresden (TUD), onderdeel van het projectconsortium samen met OHB System AG als hoofdaannemer, en life sciences specialist Blue Horizon.

"Huidcellen kunnen worden gebioprint met behulp van menselijk bloedplasma als een voedingsrijke 'bio-inkt' - die gemakkelijk toegankelijk zou zijn voor de bemanningsleden van de missie, " zegt Nieves Cubo van de TUD.

"Echter, plasma heeft een zeer vloeibare consistentie, waardoor het moeilijk is om mee te werken in veranderde zwaartekrachtomstandigheden. Daarom ontwikkelden we een aangepast recept door toevoeging van methylcellullose en alginaat om de viscositeit van het substraat te verhogen. Astronauten zouden deze stoffen uit respectievelijk planten en algen kunnen halen, een haalbare oplossing voor een zelfstandige ruimteexpeditie.

"Het produceren van het botmonster omvatte het printen van menselijke stamcellen met een vergelijkbare bio-inktsamenstelling, met toevoeging van calciumfosfaatbotcement als structuurondersteunend materiaal, die vervolgens tijdens de groeifase wordt opgenomen."

Om te bewijzen dat de bioprinttechniek overdraagbaar was naar de ruimte, afdrukken van zowel de huid- als botmonsters gebeurde ondersteboven. Met langdurige toegang tot gewichtloosheid onpraktisch, de uitdaging van dergelijke "minus 1 G" testen vertegenwoordigde de volgende beste optie.

De monsters vertegenwoordigen de eerste stappen in een ambitieuze end-to-end roadmap om 3D bioprinten praktisch te maken voor de ruimte. Het project onderzoekt het soort faciliteiten aan boord dat nodig zou zijn, qua uitrusting, operatiekamers en steriele omgevingen, evenals het vermogen om complexere weefsels voor transplantaties te maken, wat uiteindelijk uitmondt in het afdrukken van volledige interne organen.

"Een reis naar Mars of andere interplanetaire bestemmingen zal meerdere jaren in de ruimte vergen, " zegt Tommaso Ghidini, hoofd van ESA's Structures, Afdeling Mechanismen en Materialen, toezicht houden op het project.

"De bemanning zal veel risico's lopen, en vervroegd naar huis gaan is niet mogelijk. Het dragen van voldoende medische benodigdheden voor alle mogelijke eventualiteiten zou onmogelijk zijn in de beperkte ruimte en massa van een ruimtevaartuig.

"In plaats daarvan, een 3D-bioprintfunctie zal hen in staat stellen te reageren op medische noodsituaties wanneer ze zich voordoen. In het geval van brandwonden, bijvoorbeeld, gloednieuwe huid kan worden gebioprint in plaats van ergens anders op het lichaam van de astronaut te worden geënt, secundaire schade aanrichten die misschien niet gemakkelijk geneest in de orbitale omgeving.

"Of in het geval van botbreuken - waarschijnlijker gemaakt door de gewichtloosheid van de ruimte, in combinatie met de gedeeltelijke 0,38 aardzwaartekracht van Mars - vervangend bot kan in gewonde gebieden worden ingebracht. In alle gevallen zou het biogedrukte materiaal afkomstig zijn van de astronaut zelf, dus er zou geen probleem zijn met transplantaatafstoting."

Nu 3D bioprinten gestaag vordert op aarde, dit project is het eerste dat het van de planeet heeft geadopteerd, legt Tommaso uit:"Het is een typisch patroon dat we zien wanneer veelbelovende terrestrische technologieën voor het eerst worden ingezet voor de ruimte, variërend van camera's tot microprocessors. Er moet meer worden gedaan met minder, om dingen te laten werken in de uitdagende ruimteomgeving, dus verschillende elementen van de technologie worden geoptimaliseerd en geminiaturiseerd.

"Evenzo, we hopen dat het werk dat we doen met 3D-bioprinten de vooruitgang op aarde ook zal helpen versnellen, de wijdverbreide beschikbaarheid ervan te bespoedigen, het nog sneller naar de mensen brengen."

Het project 3D Printing of Living Tissue for Space Exploration wordt ondersteund door ESA Basic Activities binnen het onderdeel Discovery and Preparation, en geleid door OHB System AG in Duitsland in samenwerking met het Center for Translational Bone, Onderzoek naar gewrichten en weke delen van de TU Dresden in Duitsland.