Grazie alla ricerca sulla levitazione magnetica in condizioni di microgravità, gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnologia per la stampa 3D di tessuti biologici. Nel futuro, questa tecnologia aiuterà a creare costrutti biologici sensibili alle radiazioni e a riparare tessuti e organi umani danneggiati. I risultati sono pubblicati in Biofabbricazione .

Esistono molti metodi di bioprinting 3D. La maggior parte di loro utilizza una certa struttura strato per strato dei tessuti biologici. Il materiale sfuso risultante viene quindi inviato all'incubatrice dove continua la coltivazione. Ci sono modi in cui gli oggetti biologici vengono sviluppati senza l'uso di un approccio multistrato, Per esempio, biostampa magnetica, in cui il materiale cellulare è diretto nella posizione desiderata per mezzo di campi magnetici. In questo caso, le cellule dovrebbero essere etichettate in qualche modo con nanoparticelle magnetiche.

I ricercatori della società 3-D Bioprinting Solutions in collaborazione con altri scienziati russi e stranieri hanno sviluppato il nuovo metodo, che consente ai ricercatori di creare oggetti biologici 3D senza l'uso di un approccio strato per strato e di etichette magnetiche. Questo nuovo metodo è stato sviluppato con il contributo dell'Istituto congiunto per le alte temperature dell'Accademia delle scienze russa (JIHT RAS).

"Nel periodo dal 2010 al 2017, una serie di studi sperimentali sono stati effettuati a bordo del Segmento Orbitale Russo della Stazione Spaziale Internazionale con il dispositivo sperimentale Coulomb Crystal. L'elemento principale del dispositivo è un elettromagnete che crea uno speciale campo magnetico disomogeneo in cui le strutture delle particelle diamagnetiche (sono magnetizzate contro la direzione del campo magnetico) possono formarsi nelle condizioni di microgravità, " dice il co-autore Mikhail Vasiliev, capo del laboratorio di diagnostica del plasma polveroso in JIHT RAS.

Nel loro studio sperimentale, i ricercatori del JIHT hanno descritto come si comportano le piccole particelle cariche nel campo magnetico di forma speciale in condizioni di microgravità, compresa la gravità zero. Inoltre, gli scienziati hanno sviluppato un modello matematico di questo processo basato sui metodi della dinamica molecolare. Questi risultati spiegano come ottenere strutture tridimensionali omogenee ed estese costituite dalle migliaia di particelle.

I metodi convenzionali di bioprinting magnetico 3D avevano una serie di limitazioni associate alla gravità. Per ridurre l'influenza delle forze gravitazionali, si può aumentare la potenza dei magneti che controllano il campo magnetico. Però, questo complicherà considerevolmente la biostampante. Il secondo modo è ridurre la gravità. Un gruppo di scienziati di 3-D Bioprinting Solutions ha utilizzato questo approccio. Il nuovo metodo si chiama biofabbrica tridimensionale formativa, e crea strutture biologiche tridimensionali non a strati ma immediatamente da tutti i lati. I ricercatori hanno applicato i dati sperimentali ei risultati della modellazione matematica ottenuta dagli scienziati del JIHT RAS per controllare la forma di tali strutture.

"I risultati dell'esperimento del cristallo di Coulomb sullo studio della formazione delle strutture spazialmente ordinate hanno portato allo sviluppo di un nuovo metodo per la biofabbrica formativa 3-D delle strutture tissutali basato sull'autoassemblaggio programmabile del vivente tessuti e organi in condizioni di gravità e microgravità per mezzo di un campo magnetico disomogeneo, " ha detto l'autore.

Le biostampanti basate sulla nuova applicazione tecnologica saranno in grado di creare vari costrutti biologici che possono essere utilizzati, Per esempio, stimare gli effetti negativi delle radiazioni spaziali sulla salute degli astronauti nelle missioni spaziali a lungo termine. Inoltre, questa tecnologia sarà in grado di ripristinare la funzione dei tessuti e degli organi danneggiati in futuro.