3-D-utskrift av mänsklig vävnad kan hjälpa till att hålla astronauter friska hela vägen till Mars. Ett ESA-projekt har tagit fram sina första biotryckta hud- och benprover.

Dessa toppmoderna prover framställdes av forskare från universitetssjukhuset i Dresdens tekniska universitet (TUD), del av projektkonsortiet tillsammans med OHB System AG som huvudentreprenör, och biovetenskapsspecialist Blue Horizon.

"Hudceller kan bioprintas med humant blodplasma som ett näringsrikt "bio-bläck" - vilket skulle vara lättillgängligt från uppdragets besättningsmedlemmar, " kommenterar Nieves Cubo från TUD.

"Dock, plasma har en mycket flytande konsistens, vilket gör det svårt att arbeta med under förändrade gravitationsförhållanden. Vi utvecklade därför ett modifierat recept genom att tillsätta metylcellullos och alginat för att öka substratets viskositet. Astronauter kan få dessa ämnen från växter respektive alger, en genomförbar lösning för en fristående rymdexpedition.

"Att producera benprovet innebar tryckning av mänskliga stamceller med en liknande biobläcksammansättning, med tillsats av kalciumfosfatbencement som ett strukturstödjande material, som sedan absorberas under tillväxtfasen."

För att bevisa att bioprinttekniken var överförbar till rymden, utskrift av både hud- och benprover skedde upp och ner. Med långvarig tillgång till viktlöshet opraktiskt, utmaningen med sådana "minus 1 G"-testning representerade det näst bästa alternativet.

Proverna representerar de första stegen i en ambitiös färdplan från slut till slut för att göra 3D-bioprinting praktiskt för rymden. Projektet undersöker vilken typ av faciliteter ombord som skulle behövas, när det gäller utrustning, operationsrum och sterila miljöer, såväl som förmågan att skapa mer komplexa vävnader för transplantationer – vilket slutligen kulminerar i utskrift av hela inre organ.

"En resa till Mars eller andra interplanetära destinationer kommer att involvera flera år i rymden, " kommenterar Tommaso Ghidini, chef för ESA:s strukturer, Mekanisms and Materials Division, övervaka projektet.

"Besättningen kommer att löpa många risker, och att återvända hem tidigt kommer inte att vara möjligt. Att bära tillräckligt med medicinska förnödenheter för alla möjliga eventualiteter skulle vara omöjligt i det begränsade utrymmet och massan av en rymdfarkost.

"Istället, en 3D-bioprintningskapacitet låter dem reagera på medicinska nödsituationer när de uppstår. Vid brännskador, till exempel, helt ny hud skulle kunna bioprintas istället för att ympas från någon annanstans på astronautens kropp, gör sekundär skada som kanske inte läker lätt i omloppsmiljön.

"Eller i fallet med benfrakturer - mer sannolikt av utrymmets viktlöshet, i kombination med Mars partiella tyngdkraft på 0,38 jord – ersättningsben kan föras in i skadade områden. I alla fall skulle det biotryckta materialet härröra från astronauten själva, så det skulle inte vara några problem med transplantationsavstötning."

Med 3-D bioprinting som går stadigt framåt på jorden, detta projekt är det första att adoptera det från planeten, förklarar Tommaso:"Det är ett typiskt mönster vi ser när lovande markbaserad teknik först utnyttjas för rymden, allt från kameror till mikroprocessorer. Mer behöver göras med mindre, att få saker att fungera i den utmanande rymdmiljön, så olika delar av tekniken blir optimerade och miniatyriserade.

"Liknande, vi hoppas att arbetet vi gör med 3-D bioprinting kommer att bidra till att accelerera dess framsteg på jorden också, påskynda dess utbredda tillgänglighet, föra det till folk ännu tidigare."

Projektet 3D Printing of Living Tissue för rymdutforskning stöds genom ESA Basic Activities inom Discovery and Preparation-elementet, och leds av OHB System AG i Tyskland i samarbete med Center for Translational Bone, Led- och mjukvävnadsforskning vid TU Dresden i Tyskland.