生物用3Dプリンターが国際宇宙ステーションへ向かう、最大の課題は材料

電気電子技術者協会（IEEE）のSpectrum誌の最近のレポートによると、3Dバイオプリンティング技術は現在初期段階にあり、研究者は人間の皮膚片の印刷に成功しているが、この技術はまだ臨床段階には入っていない。対照的に、臓器は複数の種類の細胞で構成されており、血管や神経と絡み合っているため、臓器を印刷することは困難な作業です。 Allevi のような企業はこの課題に取り組むために取り組んでいます。同社は最近、Made in Spaceと新たな提携関係を結び、微小重力環境で生物学的材料や臓器までも印刷することを目指しており、宇宙バイオ医療の夢が現実になるかもしれない。

2 つの企業が 3D バイオプリンターを宇宙に送る計画を立てている<br /> 火星への長い旅の途中で、宇宙飛行士はひどい火傷を負ったり、化学物質に汚染されたりするかもしれません。さらに遠い将来には、火星の入植者も肝不全に苦しむかもしれません...新しい皮膚片や代替臓器を印刷することができれば、それが宇宙飛行士の命の「守護者」となるでしょう。しかし現時点では、有人宇宙飛行能力と 3D バイオプリンティング技術は、上記のシナリオを実現するには程遠い状況です。

3D バイオプリンティングでは、特殊な 3D プリンターを使用して生物学的材料と細胞を押し出し、層ごとに組織を構築します。最近、Allevi は微小重力下で生体材料を印刷できる「ZeroG」バイオエクストルーダーを設計しました。同社は、前述のSF医療シナリオの実現に向けた第一歩として、すでに国際宇宙ステーションに3Dプリンター2台を送っているMade in Spaceと提携した。

「我々はこれを、宇宙飛行士が宇宙空間での生物学的物質の挙動をよりよく理解するのに役立つプラグアンドプレイデバイスにしたい」とアレヴィ社のCEOリッチ・ソロルザノ氏は語った。

ハイドロゲルなどの生体材料を印刷するために、無重力押し出し機はピストンを使用して注射器を駆動します。この技術の鍵となるのは、押し出し直後にくっつく材料を管理することです。これらの材料の各層は、前の層と結合します。

両社とも、近い将来に国際宇宙ステーションに押出機を送ることができると自信を持っているようだ。「当社は生体材料に関する豊富な経験を有しており、メイド・イン・スペースは宇宙に物資を送り込む方法を熟知している」とソロルサノ氏は語った。

実験は宇宙と地球上で同時に行われ、結果が比較されます。ゼロG エクストルーダーが ISS のプリンターに統合されると、さらに多くのアプリケーションがすぐに利用できるようになります。ソロルザノ氏は、アレヴィ社は世界中の研究室に200台以上のプリンターを配布し、ユーザーがISSと地球上で同時に実行し、結果を比較できる科学実験を考案することを期待していると述べた。

宇宙で生物材料がどのように挙動するかについては、興味深い科学的疑問が数多くあります。例えば、研究者は骨がどのように形成されるのか、無重力状態ではどうなるのかを調査できるかもしれない。これは宇宙で長期間を過ごす宇宙飛行士にとって重要な疑問だとソロルサノ氏は述べた。

微小重力により、地球上では製造できない非常に有用な材料や製品を生産することも可能になります。宇宙製造企業は国際宇宙ステーション内で光ファイバーを製造する実験を行っており、製薬会社のメルクは薬物送達に役立つ可能性のある結晶を成長させている。

アレヴィ氏はNASAに押出機をISSに持ち込むよう説得することもできるし、ISS国立研究所の研究者の要請に応じて送ることもできる。いずれにせよ、無重力押出機はNASAの安全性と検証の検査に合格する必要がある。 NASA は、すべての材料とシステムが宇宙飛行士の健康や国際宇宙ステーションの運用に脅威を与えないことを確認するために、それらを評価する必要があります。

最大の課題は材料です<br /> 現在、宇宙での3Dバイオプリンティングも多くの困難に直面しています。メイド・イン・スペースの社長兼CEO、アンドリュー・ラッシュ氏は、宇宙での3Dプリントには、押し出し工程を慎重に制御する必要があると説明。「液滴が飛んでしまわないようにするためです。また、機械の動作温度を制御する必要もあります。さらに、微小重力環境では、地球上で慣れている対流がないため、熱い部分を熱いまま、冷たい部分を冷たいままに保つことは困難です。」

しかし、宇宙でのバイオプリンティングが直面する最大の障害は材料かもしれない。アレヴィにとって、ハイドロゲルなどの生物学的材料をISSに送ることは比較的容易だが、ハイドロゲルの足場となるヒト細胞を送る承認を得ることはより困難だろう。「ISSで細胞を取り扱う際の制限が何なのかを把握する必要がある」とソロルサノ氏は語った。

出典：科技日報

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