Опубликованы результаты доклинических исследований костной ткани, изготовленной на борту российского сегмента Международной космической станции

Условия космической микрогравитации обладают колоссальным потенциалом для проведения фундаментальных исследований и предоставляют огромные возможности для разработки новых материалов.

Ученые из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) совместно с коллегами провели уникальное исследование, в рамках которого был успешно изготовлены аналоги костной ткани на борту российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Исследования по разработке неорганических материалов, допированных редкоземельными элементами поддержаны Российским научным фондом (грант № 23-63-10056). Результаты работы опубликованы в журнале Biomedical Technology.

Впервые в мире созданы трехмерные аналоги костной ткани на борту РС МКС. Экспериментальные образцы возвращены на Землю и всесторонне изучены учеными ИМЕТ РАН совместно с Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова, Первым Московским государственным медицинским университетом им. М.М. Сеченова Минздрава России, Национальным медицинским центром радиологии Минздрава России, Центром Биомедицинского инжиниринга, Лабораторией биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Казанским федеральным университетом. Это достижение стало возможным в том числе благодаря работе космонавтов во время экспедиций 60/61 с использованием подхода магнитной биофабрикации.

На борту РС МКС осуществлен синтез аналогов неорганической составляющей костной ткани с остеогенными факторами. В качестве контроля эксперименты проводились также на Земле. Геометрические параметры трехмерных структур разработаны на основе предварительных цифровых моделей с помощью моделирования распределений магнитных полей в трехмерном пространстве. Процесс сборки костной ткани осуществлялся в парамагнитной среде с содержанием солей гадолиния, применяемой для создания условий левитации диамагнитных объектов. Вещества на основе гадолиния, применяемые в эксперименте, являются нетоксичными и используются в качестве контрастного агента в магнитно-резонансной и компьютерной томографии. Схема проведения экспериментов в условиях микрогравитации на борту РС МКС по формированию тканеинженерных конструкций приведена на рисунке. Учеными установлено, что воздействие магнитного поля в условиях микрогравитации оказывает большое влияние на формирование и рост кристаллов аналога неорганической составляющей костной ткани, что может быть связано с перераспределением ориентации комплексных соединений, используемых в данном эксперименте. Магнитное поле оказывает влияние на исходные комплексы, изменяя концентрацию компонентов системы в направлении магнитного поля, таким образом вызывая направленный рост ткани. Условия микрогравитации исключают конвекции любого вида и обеспечивают равномерное формирование структур синтетической ткани в осесимметричных условиях по центру «магнитной ловушки». Экспериментальные образцы, полученные на РК МКС, были возвращены на Землю для проведения доклинических испытаний на животных в модели критического дефекта черепа. Биологические тесты показали, что образцы аналогов костных структур обладают выраженными остеоиндуктивными потенциями по сравнению с образцами, полученными в условиях гравитации Земли.

«Результаты данной работы наглядно продемонстрировали научную новизну и актуальность проводимых фундаментальных исследований в космосе. Разработанные «космические» материалы могут быть использованы для замещения и регенерации дефектов костной ткани как на Земле, так и в длительных космических миссиях» — прокомментировал руководитель проекта, доктор технических наук, профессор РАН и МГУ, член-корреспондент РАН, директор ИМЕТ РАН Владимир Комлев.

Рисунок - Схема экспериментов на РС МКС в условиях микрогравитации. а) Формирование неорганических структур. б) Формирование тканевых эквивалентов из хондросфер, тиросфер, миосфер.