ESA wil huid- en botweefsel in de ruimte 3D-printen

De European Space Agency (ESA) is gestart meteen project om in de ruimte huid- en botweefsel te 3D-printen. De Europese ruimtevaartorganisatie verwacht dat de mogelijkheid menselijk weefsel in de ruimte te printen kan helpen astronauten op weg naar Mars gezond te houden.

ESA wil in 2030 een bemande missie naar Mars uitvoeren. Een grote uitdaging hierbij is de relatief lange tijd die astronauten in de ruimte doorbrengen. “Een reis naar Mars of andere interplanetaire bestemmingen betekenen een verblijf van meerdere jaren in de ruimte”, legt Tommaso Ghidini, hoofd van ESA’s Structures, Mechanisms and Materials Division, uit. “De crew loopt veel risico’s, en vroegtijdig naar huis keren zal niet mogelijk zijn. Het meenemen van voldoende medische middelen voor alle mogelijke incidenten is onmogelijk met het oog op de beperkte ruimte en omvang van het ruimteschip.”

Inspelen op medische noodsituaties

“3D bioprinten stelt hen in staat in te spelen op medische noodsituaties naarmate deze zich voordoen. In het geval van brandwonden kan bijvoorbeeld een nieuwe huid worden gebioprint, in plaats van huidweg te nemen van een andere locatie op het lichaam van de astronaut. Hierdoor ontstaat secundair letsel dat niet eenvoudig herstelt in de ruimte.”

Een ander voorbeeld dat wordt genoemd is een botbreuk, iets waarop de kans in de ruimte door gewichtloosheid en de impact hiervan op het menselijk lichaam wordt vergroot. ESA wil in dit geval nieuw botweefsel kunnen printen om botbreuken te kunnen herstellen. 

Bioinkt

Om dit mogelijk te maken experimenteert de ESA in samenwerking met wetenschappers van het Universitair Ziekenhuis van de Technische Universiteit Dresden (TUD). De partijen maken onderdeel uit van een consortium waaraan ook de onderaannemer OHB Systems en life sciences specialist Blue Horizon betrokken is. “Huidcellen kunnen worden gebioprint met behulp van menselijk bloedplasma als een bioinkt die rijk aan voedingswaarde is – die eenvoudig beschikbaar is via crewleden van de missie”, legt Nieves Cubo, PhD Fellow op het gebied van Bioprinten van de TUD, uit. 

“Plasma heeft echter een zeer vloeibare consistentie, wat het moeilijk maakt hiermee onder een andere zwaartekracht te werken. We hebben daarom een aangepast recept ontwikkeld door methylcellulose en alginaat toe te voegen om de viscositeit van het substraat te vergroten. Astronauten kunnen deze substanties vinden in planten en algen, wat een haalbare oplossing is voor een onafhankelijk ruimte-expeditie.”

Botcellen printen

Botcellen hebben de onderzoekers gecreëerd door menselijke stamcellen te printen in een vergelijkbare bioinkt. Deze inkt bestaat uit stamcellen in combinatie met een cement bestaande uit calciumfosfaatbot als structuur-ondersteunend materiaal, dat uiteindelijk in de groeifase door het menselijk lichaam wordt geabsorbeerd.

Het testen van dergelijke printtechnieken bedoeld voor de ruimte is niet eenvoudig, aangezien het nabootsen van de gewichtloosheid in de ruimte op aarde lastig is. De technieken zijn daarom getest door zowel het huid- als botweefsel op zijn kop te printen. De onderzoekers noemen deze ‘minus 1G’-testmethode de beste optie om aan te tonen dat hun printtechniek in de ruimte haalbaar is. 

De onderzoekers gaan hun ontwikkeling de komende tijd verder ontwikkelen. Hierbij wordt onder meer gekeken welke faciliteiten in een ruimteschip nodig zijn om het printen van weefsels mogelijk te maken. Denk hierbij niet alleen aan de 3D-printer zelf, maar ook aan een operatiekamer en steriele ruimte om het geprinte weefsel te kunnen implanteren. Ook willen de onderzoekers de printtechniek geschikt maken voor het printen van andere weefsels en op termijn zelfs volledige organen. 

Ook andere partijen werken aan bioinkt

Al langer richten verschillende partijen zich op het 3D-printen van weefsels. Zo werkt een groep onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (IGB) aan bioinkt die het mogelijk maakt biologisch functioneel weefsel te printen. Met dit weefsel willen de onderzoekers onherstelbaar beschadigd weefsel vervangen. Onderzoekers van de Amerikaanse Rice Universiteit zijn erin geslaagd osteochondraal weefsel te printen met behulp van een 3D-printer. Dit weefsel kan worden gebruikt om patiënten met osteochondraal letsel – waarbij zowel het bot als kraakbeen is beschadigd – te behandelen.

Het Amerikaanse bedrijf TechShot kondigde in januari aan een 3D-printer naar het International Space Station (ISS) te gaan sturen om hartweefsel te printen. Geprinte organen hebben de neiging tijdens het printen onder hun eigen gewicht te bezwijken. Met de gewichtloosheid in de ruimte hoopt TechShot voor dit probleem een oplossing te hebben gevonden.

Auteur: Wouter Hoeffnagel