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Astronauten testen 3D-biogedruckte Hautpads im Weltraum

Astronauten testen 3D-biogedruckte Hautpads im Weltraum

Astronauten an Internationale Raumstation (ISS) testet biogedruckte 3D-Verbände aus eigenen Zellen, die zur Verbesserung der Wundheilung von Fleisch im Weltraum eingesetzt werden könnten.

Das Deutsche Raumfahrtbehörde (DLR) leitet das Ende Dezember 2021 zur Internationalen Raumstation gestartete Experiment SpaceX Kommerzielle Nachschubmission Nr. 24. Die Nutzlast enthielt den tragbaren Bioprinter BioPrint FirstAid, der Zellen von den Astronauten in eine Bioverbindung transportieren soll, die bei Bedarf zum Anbringen von Verbänden an Wunden verwendet werden kann.

Während das Experiment ein vielversprechendes Werkzeug für die Wundheilung in Weltraumumgebungen bietet, kann es auch auf der Erde erhebliche Vorteile bieten.

Der Astronaut der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), Matthias Maurer, demonstriert das Bioprint FirstAid-Modell während einer Trainingseinheit. Bild über OHB/DLR/ESA.

Bioprint Erste Hilfe

Das jetzt an Bord der Internationalen Raumstation befindliche Technologie-Demonstrationsprojekt zielt darauf ab, die Verwendung des BioPrint FirstAid für Anwendungen auf der Erde und im Weltraum zu validieren. Während des Projekts werden die Forscher daran arbeiten, die Mikrogravitationsumgebung der Station zu nutzen, um Bioprinting-Materialien und -Prozesse zu verbessern, um effiziente, funktionelle Gewebe für die Wundheilung zu erreichen.

Unter Mikrogravitationsbedingungen gibt es einige Lücken, wie z. B. die Verdichtung der verschiedenen Schichten, die Zellen enthalten, und die potenzielle Sedimentationswirkung von Lebendzellaktivatoren. Dadurch können die Stabilität des 3D-gedruckten Gewebepflasters und der schwerkraftabhängige Vernetzungsprozess für zukünftige Anwendungen besser analysiert werden.

Während der Einsatz von Bioprinting für die Hautrekonstruktion eine sich schnell entwickelnde Anwendung ist, erfordert sie typischerweise große Bioprinter, die zuerst Gewebe drucken, es reifen lassen und es dann in den Patienten implantieren. Die Forscher hoffen, dass BioPrint FirstAid diesen Prozess aufgrund seines Handheld-Charakters beschleunigen und mobilisieren wird.

Das Gerät ist so konzipiert, dass es den Wundbereich auf der Haut abdeckt, indem es einen mit Hautzellen beladenen Bio-Link platziert, der als Pflaster fungiert und den Heilungsprozess beschleunigt. Die Forscher der Internationalen Raumstation werden sich auf die Anpassung des BioPrint FirstAid für eine einfache Anwendung bei Missionen zu extremen Lebensräumen auf der Erde und im Weltraum konzentrieren.

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Das Modellgerät an Bord der Internationalen Raumstation dient „nur der Forschung“ und enthält keine Zellen. Das Gerät besteht aus einer Dosiervorrichtung im Griff, einem Druckkopf, Stützrädern und einer Tintenpatrone, in der die lebenswichtige Verbindung aufbewahrt wird. Für diese Reihe von Experimenten enthält die Kartusche zellfreie Ersatztinte und Vernetzer.

Die Tinte wird auf die in Alufolie gewickelte Spitze eines Besatzungsmitglieds aufgetragen, wobei der Ansatz auch mit menschlichen Zellen zum Vergleich auf der Erde getestet wird. Ziel des Projekts ist es, das Verteilungsmuster von auf der Erde gedruckten Mustern mit im Weltraum gedruckten Mustern zu vergleichen, um ihre Anwendbarkeit unter Weltraumbedingungen für zukünftige Missionen außerhalb der Welt und für die Anwendung auf der Erde zu bewerten.

Bioprint FirstAid Tragbarer Bioprint-Drucker.  Bild über OHB/DLR/ESA.
Bioprint FirstAid Tragbarer Bioprint-Drucker. Bild über OHB/DLR/ESA.

Die Wundheilungsfähigkeit von BioPrint FirstAid

Obwohl lebende Zellen noch nicht mit dem BioPrint FirstAid-Instrument auf der Internationalen Raumstation verwendet wurden, hofft das Projekt, wichtige Ergebnisse für die Entwicklung der Technologie für zukünftige Missionen und wichtige Anwendungen hier auf der Erde zu liefern.

Bei Einsätzen außerhalb der Welt ist es wichtig, Risikofaktoren für die menschliche Gesundheit in Bezug auf die umgebenden Umweltbedingungen genau zu identifizieren, NASA sagen. Daher ist eine gründliche Bewertung der effizientesten und kostengünstigsten Methode zur Vermeidung dieser Risiken erforderlich.

Beispielsweise kann die Wundheilung in Weltraumumgebungen die Behandlung großer Verletzungen komplexer machen, da festgestellt wurde, dass eine geringe Schwerkraft in einigen Fällen die Heilungszeit verlängert. Der Biodruck von Lebendgewebe bietet ein vielversprechendes Werkzeug, um dieses Problem zu überwinden, da die Zellen desselben Astronauten vor der Mission entnommen und sofort mit BioPrint FirstAid als Notfallbehandlung vermehrt werden können. In dieser Hinsicht wäre es von großem Vorteil, einen Patch zu haben, der der Wundheilung im Weltraum gewidmet ist.

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In der Zwischenzeit könnten die Ergebnisse des Projekts dazu beitragen, Wundheilungstechniken und andere regenerative Therapien auf der Erde zu verbessern. Da BioPrint FirstAid patienteneigene Zellen verwendet, ist eine Abwehr des persönlichen Wundheilungspflasters durch das Immunsystem weniger wahrscheinlich.

Diese Technologie bietet auch eine größere Flexibilität bei der Behandlung von Wunden unterschiedlicher Größe und Position, während die Tragbarkeit des Geräts es Ärzten ermöglichen könnte, das Gerät auf einen immobilen Patienten zu übertragen, vorausgesetzt, seine Zellen wurden zuvor implantiert.

Astronautin Christina Koch nutzt einen BFF an Bord der Internationalen Raumstation.  Bild über die NASA.
Astronautin Christina Koch nutzt einen BFF an Bord der Internationalen Raumstation. Bild über die NASA.

Bioprinting auf der Internationalen Raumstation

Das BioPrint FirstAid-Projekt ist nicht das erste, das die Vorteile des Mikrogravitations-Biodrucks im Weltraum erforscht und realisiert.

Im Jahr 2018 das Russische Forschungslabor 3D-Bioprinting-Lösungen Der 3D-Biodrucker Organ-Avt wurde zur Internationalen Raumstation geschickt, um Experimente zum Drucken von lebendem Gewebe im Weltraum durchzuführen.

Im Jahr darauf folgte der 3D-Biodrucker-Hersteller CELLLINK Das Unternehmen hat eine strategische Partnerschaft mit dem Mikrogravitationshersteller Made In Space angekündigt, der jetzt dem Außerirdischen-Fertigungsspezialisten Redwire gehört, um Möglichkeiten zur Entwicklung des 3D-Biodrucks für die Internationale Raumstation und zukünftige außerweltliche Plattformen zu identifizieren. Die Additives Manufacturing Facility (AMF) von Made In Space ist seit 2014 auf der Internationalen Raumstation in Betrieb, um mehrere Experimente auf der Grundlage des 3D-Drucks durchzuführen.

Inzwischen der BFF 3D-Bioprinter des Herstellers von 3D-Drucksystemen nScrypt Und Entwickler von Raumfahrtausrüstung Techshot Es debütierte 2019 auch auf der Internationalen Raumstation. Eine Nutzlast mit 3D-gedrucktem BFF-Zubehör wurde im folgenden Jahr zur Internationalen Raumstation geschickt, die menschliche Zellen, lebenswichtige Liganden und einen neuen Satz 3D-gedruckter keramischer Flüssigkeitsverteiler enthielt.

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