Graças à pesquisa de levitação magnética em condições de microgravidade, os cientistas desenvolveram uma nova tecnologia para impressão 3-D de tecidos biológicos. No futuro, essa tecnologia ajudará a criar construções biológicas sensíveis à radiação e a reparar tecidos e órgãos humanos danificados. Os resultados são publicados em Biofabricação .

Existem muitos métodos de bioimpressão 3D. A maioria deles usa uma certa estrutura camada por camada dos tecidos biológicos. O material a granel resultante é então enviado para a incubadora, onde o cultivo continua. Existem maneiras pelas quais os objetos biológicos são desenvolvidos sem o uso de uma abordagem multicamadas, por exemplo, bioimpressão magnética, em que o material celular é direcionado para o local desejado por meio de campos magnéticos. Nesse caso, as células devem ser marcadas de alguma forma com nanopartículas magnéticas.

Os pesquisadores da empresa 3-D Bioprinting Solutions, em colaboração com outros cientistas russos e estrangeiros, desenvolveram o novo método, que permite aos pesquisadores criar objetos biológicos 3-D sem o uso da abordagem camada por camada e rótulos magnéticos. Este novo método foi desenvolvido com a contribuição do Joint Institute for High Temperatures da Russian Academy of Sciences (JIHT RAS).

"Durante o período de 2010 a 2017, uma série de estudos experimentais foram realizados a bordo do Segmento Orbital Russo da Estação Espacial Internacional com o dispositivo experimental Coulomb Crystal. O elemento principal do dispositivo é um eletroímã que cria um campo magnético não homogêneo especial no qual as estruturas das partículas diamagnéticas (elas são magnetizadas contra a direção do campo magnético) podem ser formadas nas condições de microgravidade, "diz o co-autor Mikhail Vasiliev, chefe do laboratório de diagnóstico de plasma empoeirado em JIHT RAS.

Em seu estudo experimental, os pesquisadores do JIHT descreveram como pequenas partículas carregadas se comportam no campo magnético de uma forma especial sob as condições de microgravidade, incluindo gravidade zero. Além disso, os cientistas desenvolveram um modelo matemático desse processo com base nos métodos da dinâmica molecular. Esses resultados explicam como obter estruturas tridimensionais homogêneas e estendidas consistindo nos milhares de partículas.

Os métodos convencionais de bioimpressão magnética 3-D tinham uma série de limitações associadas à gravidade. Para reduzir a influência das forças gravitacionais, pode-se aumentar o poder dos ímãs que controlam o campo magnético. Contudo, isso complicará consideravelmente a bioimpressora. A segunda maneira é reduzir a gravidade. Um grupo de cientistas da 3-D Bioprinting Solutions usou essa abordagem. O novo método é chamado de biofábrica tridimensional formativa, e cria estruturas biológicas tridimensionais não em camadas, mas imediatamente de todos os lados. Os pesquisadores aplicaram os dados experimentais e os resultados da modelagem matemática obtida pelos cientistas do JIHT RAS para controlar a forma dessas estruturas.

"Os resultados do experimento do cristal de Coulomb no estudo da formação das estruturas espacialmente ordenadas levaram ao desenvolvimento de um novo método para a biofábrica 3-D formativa de estruturas semelhantes a tecido com base na automontagem programável de seres vivos tecidos e órgãos sob as condições de gravidade e microgravidade por meio de um campo magnético não homogêneo, "disse o autor.

As bioprinters baseadas na nova aplicação de tecnologia serão capazes de criar várias construções biológicas que podem ser usadas, por exemplo, para estimar os efeitos adversos da radiação espacial na saúde dos astronautas em missões espaciais de longo prazo. Além disso, esta tecnologia será capaz de restaurar a função dos tecidos e órgãos danificados no futuro.