Grâce à la recherche en lévitation magnétique en conditions de microgravité, des scientifiques ont développé une nouvelle technologie pour l'impression 3D de tissus biologiques. À l'avenir, cette technologie aidera à créer des constructions biologiques sensibles aux rayonnements et à réparer les tissus et organes humains endommagés. Les résultats sont publiés dans Biofabrication .

Il existe de nombreuses méthodes de bio-impression 3D. La plupart d'entre eux utilisent une certaine structure couche par couche des tissus biologiques. Le matériau en vrac qui en résulte est ensuite envoyé à l'incubateur où la culture se poursuit. Il existe des façons de développer des objets biologiques sans recourir à une approche multicouche, par exemple, bioimpression magnétique, dans lequel le matériau cellulaire est dirigé vers l'emplacement souhaité au moyen de champs magnétiques. Dans ce cas, les cellules doivent être marquées d'une manière ou d'une autre avec des nanoparticules magnétiques.

Les chercheurs de la société 3-D Bioprinting Solutions en collaboration avec les autres scientifiques russes et étrangers ont développé la nouvelle méthode, qui permet aux chercheurs de créer des objets biologiques en 3D sans l'utilisation d'une approche couche par couche et d'étiquettes magnétiques. Cette nouvelle méthode a été développée avec la contribution de l'Institut commun pour les hautes températures de l'Académie des sciences de Russie (JIHT RAS).

« Au cours de la période de 2010 à 2017, une série d'études expérimentales ont été menées à bord du segment orbital russe de la Station spatiale internationale avec le dispositif expérimental Coulomb Crystal. L'élément principal de l'appareil est un électro-aimant qui crée un champ magnétique inhomogène spécial dans lequel les structures des particules diamagnétiques (elles sont magnétisées contre la direction du champ magnétique) peuvent être formées dans les conditions de microgravité, " dit le co-auteur Mikhail Vasiliev, chef de laboratoire de diagnostic plasma poussiéreux au JIHT RAS.

Dans leur étude expérimentale, les chercheurs du JIHT ont décrit comment les petites particules chargées se comportent dans le champ magnétique d'une forme spéciale dans des conditions de microgravité, y compris l'apesanteur. En outre, les scientifiques ont développé un modèle mathématique de ce processus basé sur les méthodes de la dynamique moléculaire. Ces résultats expliquent comment obtenir des structures tridimensionnelles homogènes et étendues constituées des milliers de particules.

Les méthodes conventionnelles de bio-impression magnétique 3-D présentaient un certain nombre de limitations associées à la gravité. Pour réduire l'influence des forces gravitationnelles, on peut augmenter la puissance des aimants qui contrôlent le champ magnétique. Cependant, cela compliquera considérablement la bio-imprimante. La deuxième façon est de réduire la gravité. Un groupe de scientifiques de 3-D Bioprinting Solutions a utilisé cette approche. La nouvelle méthode est appelée bio-usine tridimensionnelle formative, et il crée des structures biologiques tridimensionnelles non pas en couches mais immédiatement de tous les côtés. Les chercheurs ont appliqué les données expérimentales et les résultats de la modélisation mathématique obtenus par les scientifiques du JIHT RAS pour contrôler la forme de telles structures.

"Les résultats de l'expérience du cristal de Coulomb sur l'étude de la formation des structures spatialement ordonnées ont conduit au développement d'une nouvelle méthode pour la bio-usine 3D formative des structures de type tissu basé sur l'auto-assemblage programmable du vivant tissus et organes dans les conditions de gravité et de microgravité au moyen d'un champ magnétique inhomogène, " a déclaré l'auteur.

Les bio-imprimantes basées sur la nouvelle application technologique seront en mesure de créer divers constructions biologiques pouvant être utilisées, par exemple, estimer les effets néfastes des rayonnements spatiaux sur la santé des astronautes lors de missions spatiales à long terme. En outre, cette technologie sera en mesure de restaurer la fonction des tissus et organes endommagés à l'avenir.