宇宙実験：研究者らが3Dプリントした肝臓組織サンプルを初めて国際宇宙ステーションに送る

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-8-2 16:23 に最後に編集されました

はじめに:軍需大手ノースロップ・グラマンは、国際宇宙ステーション (ISS) の第 21 回補給ミッション (NG-21) を通じて 3D プリントされた肝細胞サンプルを宇宙に打ち上げ、微小重力環境でのそれらの挙動と機能を研究する計画を立てています。

2024年8月2日、アンタークティック・ベアは、この研究が再生医療の先駆者であるアンソニー・アタラ氏とバイオプリンティングの専門家ジェームズ・ヨー氏が主導し、宇宙の独特な環境が複雑な組織の成長と発達の改善に役立つかどうかを探るためにウェイクフォレスト再生医療研究所（WFIRM）のチームと共同で実施されたことを知りました。

NG-21ミッションは2024年8月3日に打ち上げられる予定で、920キログラムの科学実験物資と物資を国際宇宙ステーションに届ける予定だ。このプロジェクトは、NASA、国際宇宙ステーション国立研究所、そして宇宙での3Dプリントの先駆者であるRedwire社によって支援されている。その中で、3Dプリントされた肝臓組織の研究では、微小重力環境が血管新生した肝臓組織の形成と維持に与える影響を評価します。

△NASA 血管組織チャレンジで優勝。チャンバーを使用して印刷した組織を保持し、灌流をテストします。このプロジェクトは、2016 年の NASA 血管組織チャレンジの成功体験に基づいて開始されました。このチャレンジの目標は、科学者が少なくとも30日間は体外で生存できる厚い血管組織を作り出すことです。このチャレンジは2021年に終了し、ウェイクフォレスト大学の2チームが優勝しました。最初のチームは30万ドルの賞金を獲得しただけでなく、国際宇宙ステーションで研究を進める機会も獲得した。

△この飛行前の画像は、A) 相互接続されたチャネルで構成された螺旋状のデザインを持つバイオプリントされた血管構造を示しています。 B) バイオプリントされたヒト肝臓組織構造。 C) 灌流システムに接続された組織構造物を含むフローチャンバー
3Dプリント肝臓が宇宙へ飛ぶ

肝臓は、その大きなサイズ、複雑な構造、広範囲にわたる血管網のため、複製するのが特に難しい臓器です。これらの課題に対処するため、WFIRM チームはデジタル光投影 (DLP) プリンターを使用して、肝臓の自然な構造に非常によく似た 3D プリント組織ブロックを作成しました。この技術は肝臓組織のらせん構造を再現するために使用され、機能的な血管経路の追加を可能にしました。これらの構造には長期的な機能性を持たせるために細胞が植え付けられ、組織が長期間にわたって自己維持できるようになります。

アタラ氏は、3Dプリントされた肝臓組織構造が宇宙に運ばれたら、これらの組織が微小重力環境でどのように機能するかについてさらに詳しく知りたいと語った。微小重力は、大規模なバイオプリントされた組織や臓器の発達と成熟を改善する可能性があります。これらの組織や臓器は、血管形成に伴う課題のため、地球上で維持することが困難です。研究者は微小重力下での組織構造を研究する機会を得ることになり、細胞の形状、大きさ、体積、接着特性の変化につながる可能性があります。

△ジャイロ構造の設計
宇宙での3Dプリントテストプロジェクト

「無重力下での血管化肝臓組織構造の成熟」（MVP Cell-07）と題されたこの宇宙研究には、それぞれ 3 つの組織サンプルを含む 12 個の実験モジュールが含まれています。これらのモジュールは、実験中に組織サンプルが生存可能な状態を保つために、栄養素供給、温度制御、および廃棄物除去システムを備えた特殊な容器です。

△多目的可変重力プラットフォーム（MVP）は、微小重力から2gまでの2つの異なる重力条件で動作できます。
研究者は環境制御のために軌道上のMVP施設を使用します。 Techshot (現在は Redwire の一部) によって開発された MVP 施設は、2018 年 4 月に SpaceX CRS-14 に乗って国際宇宙ステーションに移動し、さまざまな種類のサンプルに対する人工重力や環境制御などの研究プロジェクトを実施しました。

△多目的可変重力プラットフォーム（MVP）施設は、実験用の科学モジュールを最大12個収容でき、モジュールをパワーキャリアから取り外して開き、新しい培地バッグを取り付けることもできます。モジュールが MVP 施設に入り、自動ポンプスケジュールが開始されると、10 日以内に 36 個の組織サンプルが処理されます。

△上昇用パワーキャリアには6つのモジュールが構成されています。キャリアを冷却パックに入れると、培養培地が組織に浸透し、MVP Cell-07 施設の温度が約 37°C に維持されます。10 日目には、12 個の実験モジュールが MVP 施設からユニット操作のために取り出され、組織サンプルを含む 4 つのバイオチャンバーが固定されて冷却室に置かれ、各サンプルから培養培地サンプルが収集されます。残りの 8 つのモジュールのメディアバッグは交換され、MVP 施設に再設置されました。

△写真は多目的可変重力プラットフォーム（MVP）細胞実験モジュールです。 12 個のモジュールが実行され、各モジュールには MVP Cell-07 調査用の 3 つのサンプルが格納されました。条件 20 日目に、さらに 4 つのバイオチャンバーが取り出され、固定され、冷蔵されました。最終的に、30 日目に残りの 4 つのバイオチャンバーが取り出され、固定され、保管されました。このプロセスは、微小重力条件下でのさまざまな時点での組織の進行と発達を示すように設計されています。

△ 3Dプリント組織図
将来起こりうる影響

過去数十年にわたり、アタラ氏とヨー氏は WFIRM で 3D プリントされた組織と臓器の分野で大きな進歩を遂げてきました。彼らはバイオプリンティング技術を使用して、血管、心臓弁、さらには小型臓器など、さまざまな組織を作成することに成功しました。注目すべき成果の一つは、実験室で培養した膀胱の開発と、それを患者に移植することに成功したことです。彼らの研究は、機能的で移植可能な組織や臓器を作り出し、臓器提供への依存を減らすことで、再生医療とバイオプリンティングを進歩させることを目指しています。

「組織や臓器を製造する能力は、この分野における大きな進歩であり、私たちはこの技術の開発を加速させたいと考えています」とアタラ氏は述べました。「WFIRM には、この技術を研究室から臨床にまで発展させることに注力している優秀なチームがあります。宇宙環境は、地球上で組織をより効率的に製造するための新たな側面を私たちに提供します。これにより、コストが削減され、技術が拡大し、地球と宇宙の両方でこれらの技術の応用が加速されると信じています。」

NASA の打ち上げミッションは、2024 年 8 月 3 日土曜日の午前 11 時 10 分 (東部標準時) に開始されます。

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