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Stampanti 3D che creano ossa e tessuti per gli astronauti delle missioni interplanetarie

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3D printed human bone sample. Bioprinting human tissue could help keep astronauts healthy all the way to Mars. An ESA project has produced its first bioprinted skin and bone samples. This bone sample was printed with human stem cells using human blood plasma as a nutrient-rich ‘bio-ink’ with the addition of a calcium phosphate bone cement as a structure-supporting material, plus plant- and algae-sourced methylcellullose and alginate added to increase the viscosity of this bio-ink, making it suitable for use in low gravity conditions. Copyright ESA – SJM Photography

La stampa 3D dei tessuti umani potrebbe aiutare a mantenere sani gli astronauti fino a Marte. Un progetto ESA ha prodotto i suoi primi campioni di pelle e ossa biostampati.

Questi campioni allo stato dell’arte sono stati preparati da scienziati dell’Ospedale universitario di Dresda Technical University (TUD), parte del consorzio del progetto insieme a OHB System AG in qualità di prime contractor e la specialista delle scienze della vita Blue Horizon.

La biostampa 3D in assenza di gravità

“Le cellule della pelle possono essere biostampate usando plasma umano come un bio-inchiostro ricco di nutrienti – che sarebbe facilmente accessibile dai membri dell’equipaggio della missione”, commenta Nieves Cubo della TUD.

“Tuttavia, il plasma ha una consistenza molto fluida, che rende difficile lavorare con condizioni gravitazionali alterate. Abbiamo quindi sviluppato una ricetta modificata aggiungendo metilcellullosa e alginato per aumentare la viscosità del substrato. Gli astronauti potrebbero ottenere queste sostanze rispettivamente da piante e alghe, una soluzione fattibile per una spedizione spaziale autonoma.

“La produzione del campione di ossa ha coinvolto la stampa di cellule staminali umane con una composizione bio-inchiostro simile, con l’aggiunta di un cemento osseo di fosfato di calcio come materiale di supporto strutturale, che viene successivamente assorbito durante la fase di crescita.”

La biostampa 3D nello spazio

Per dimostrare che la tecnica di biostampa era trasferibile nello spazio, la stampa di entrambi i campioni di pelle e ossa è stata capovolta.

I campioni rappresentano i primi passi in una ambiziosa tabella di marcia end-to-end per rendere pratico il biostampaggio 3D per lo spazio. Il progetto sta esaminando il tipo di strutture di bordo che sarebbero necessarie, in termini di attrezzature, sale chirurgiche e ambienti sterili, così come la capacità di creare tessuti più complessi per i trapianti – culminando infine nella stampa di interi organi interni.

“Un viaggio su Marte o altre destinazioni interplanetarie coinvolgerà diversi anni nello spazio”, commenta Tommaso Ghidini, capo della divisione Strutture, Meccanismi e Materiali dell’ESA, che supervisiona il progetto.

“L’equipaggio correrà molti rischi e tornare a casa presto non sarà possibile. Portare abbastanza materiale medico per tutte le possibili eventualità sarebbe impossibile nello spazio limitato e nella massa di un veicolo spaziale.

“Invece, una capacità di bioprinting 3D permetterà loro di rispondere alle emergenze mediche man mano che si presentano. Nel caso delle ustioni, per esempio, una nuova pelle potrebbe essere biostampata anziché essere innestata altrove nel corpo dell’astronauta, causando danni secondari che potrebbero non guarire facilmente nell’ambiente orbitale.

Le fratture ossee degli astronauti

“O nel caso di fratture ossee – reso più probabile dall’assenza di gravità dello spazio, insieme alla gravità parziale di 0,38 di Marte – l’osso di ricambio potrebbe essere inserito in aree danneggiate. In tutti i casi il materiale bioprinted sarebbe originato dall’astronauta stesso, quindi non ci sarebbe alcun problema con il rigetto del trapianto.”

Con il bioprinting 3D che progredisce, questo progetto è il primo ad adottarlo fuori dal pianeta, spiega Tommaso: “È un modello tipico che vediamo quando promettenti tecnologie terrestri vengono prima sfruttate per lo spazio, dalle fotocamere ai microprocessori.

È necessario fare di più con meno risorse, per far funzionare le cose nell’ambiente spaziale, in modo che vari elementi della tecnologia vengano ottimizzati e miniaturizzati. Allo stesso modo, speriamo che il lavoro che facciamo con il bioprinting in 3D contribuirà ad accelerare i suoi progressi anche sulla Terra, affrettando la sua ampia disponibilità, portandola alle persone ancora prima”.

Guarda il video sulla produzione con stampante 3D di tessuto osseo

 

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