Ученые смоделировали процессы, происходящие в легких космонавтов

Проектом руководят профессор Инженерного колледжа Чжицзянь Пей и профессор Колледжа искусств и наук Хунминь Цинь. Работу ученых поддерживает Управление научных исследований ВВС США. Результаты проекта помогут повысить безопасность в авиации и космических полетах, а также ускорить изучение и лечение респираторных заболеваний.

Профессор Пей отмечает, что изучение реакции напечатанных на 3D-принтере образцов с клетками легких на физический стресс помогает понять принципы воздействия экстремальной среды на организм человека. Подход исследователей отличается точностью. Ученые загружают гелеобразные биочернила с живыми клетками в картриджи и печатают образцы слой за слоем. Профессор Цинь объясняет, что этот метод позволяет очень точно имитировать естественную ткань и ее микросреду. Это дает возможность изучать жизнеспособность клеток, их размножение и реакцию на стресс. Такой подход дает гораздо более реалистичную картину поведения клеток, чем традиционные двухмерные культуры.

Экстремальные условия наносят серьезный вред человеческому организму. Резкие изменения давления или высоты грозят летным экипажам и космическому персоналу опасным скоплением жидкости в легких. Высокие температуры могут спровоцировать инсульт, повреждение тканей или отказ органов. Хунминь Цинь говорит, что их выводы проливают свет на реакцию клеток легких на физиологические и механические стрессоры, включая перепады давления и температуры. Потенциально это улучшит протоколы безопасности для пилотов и астронавтов.

«Изменения происходят, но они обратимые»: как невесомость влияет на мозг космонавтов

Технология полезна не только для аэрокосмической отрасли. Она создает реалистичную модель для изучения респираторных заболеваний, которые представляют серьезную угрозу здоровью во всем мире. Сюда относится, например, хроническая обструктивная болезнь легких. Также метод поможет ускорить поиск новых лекарств. В долгосрочной перспективе исследователи планируют создавать инженерные ткани легких в контролируемых лабораторных условиях.

Главная сложность биопечати заключается в балансе между точностью печати и выживаемостью клеток. Даже небольшие изменения в процессе сильно влияют на результат. Команда опубликовала исследование в журнале Biomimetics, где описала эксперименты с давлением экструзии. Выяснилось, что более высокое давление при печати приводит к гибели большего числа клеток. Другое исследование вышло в журнале Bioengineering. Там образцы подвергали воздействию высоких температур до 55 градусов по Цельсию. Ученые заметили, что сильный нагрев повышает окислительный стресс и снижает выживаемость клеток.

Эти данные подчеркивают необходимость точных методик для сохранения клеток в напечатанных образцах. Для решения проблемы команда разработала оптимизированные биочернила. Смесь коллагена и альгината в соотношении 4:1 сохраняла жизнеспособность клеток на уровне 85% в течение шести дней. Профессор Пей утверждает, что правильные параметры биопечати позволяют воспроизводить реалистичные условия и сохранять функции клеток.

Фото NASA