Forskere 3D-printer hud og knogler til fremtidens Mars-rejser
»Det bioprintede væv er et fremragende skridt på vejen mod Mars, velvidende at der er mange skridt foran os,« lyder det fra dansk rummediciner.

Det er første gang, nogen har produceret hud- og knoglevæv ved hjælp at 3D-print. (Video: University Hospital of Dresden Technical University)

Da Neil Armstrong tog afsted på rejsen til Månen for 50 år siden, havde han kun en lille medicintaske med bandager, antibiotika og aspirin med. 

Men missionen varede også kun 12 dage. 

Når fremtidens astronauter skal afsted til Mars, kommer rejsen frem og tilbage til at tage mindst 12 måneder og rumme væsentligt flere ubekendte faktorer, og så rækker gazebind og smertestillende piller ikke ret langt. 

Derfor har Det Europæiske Rumagentur (ESA) nu 3D-printet hud og knogler, som kan bruges til vævs- og knogletransplantationer, hvis astronauterne får brandsår eller knoglebrud undervejs. 

»Selvom der kun kommer meget sunde astronauter med på turen, kan der stadig ske skader såsom brandsår eller ulykker på Mars’ overflade. Vi vil gerne give astronauterne en vedvarende måde at kurere den slags,« siger Tommaso Ghidini, leder af Structures, Mechanisms and Materials-afdelingen i ESA, til Videnskab.dk. 

3D bioprint knoglevæv

Bioprintet knogle, der er i gang med at vokse. (Foto: University Hospital of Dresden Technical University)

Bioprint gør astronauterne selvforsynende

Forskerne har hovedsageligt brugt biologisk materiale fra mennesker for at 3D-printe knogle- og vævsprøverne. 

Hudcellerne er blevet bioprintet ved at bruge blodplasma som ‘bio-blæk’, imens hovedingrediensen i knoglens biologiske blæk er menneskelige stamceller. 

»Vores løsning giver os 3D-printet hud og knogler ved at bruge astronauternes egne celler, så vi undgår, at kroppen afstøder 3D-vævet, når det sættes ind,« siger Tommaso Ghidini.

Samtidig undgår man også at skulle lave transplantationer ved at tage hud fra andre steder på kroppen. Det er især praktisk i rummet, fordi immunsystemet svækkes, så sår er længere tid om at hele.

Astronauterne kan trække deres eget blodplasma og stamceller ud med en almindelig sprøjte, så det er let at bruge metoden oppe i en rumraket. 

LÆS OGSÅ: Så vilde er 3D-printere nu

Alger og planter skal med i rumraketten

Udover det biologiske materiale har forskerne også blandet lidt andre ingredienser i printerblækket.

Blodplasma har det problem, at det er meget tyndtflydende. Derfor har forskerne tilføjet methylcellulose, som findes i planter og bruges til at fortykke forskellige fødevarer og kosmetikprodukter. 

»Methylcellulose har en strukturel funktion, som får det til at ligne hud. Når man blander det med blodplasma, vil methylcellulosen spise det og vokse, imens det får den rigtige struktur,« siger Tommaso Ghidini.

For at lave hudceller tilføjede forskerne også den kemiske forbindelse alginat, som findes i brune alger. 

»Det smukke ved det er, at astronauterne uanset hvad vil skulle dyrke planter i rumfartøjet for at få mad. Så de kan både spise algerne og udtrække deres molekyler, der kan bruges til medicinsk behandling,« siger Tommaso Ghidini.

For at lave knoglevæv har forskerne blandet knoglecement med astronauternes stamceller. Knoglecementen bliver absorberet af stamcellerne og giver knoglen den rigtige struktur. 

LÆS OGSÅ: 3D-printer skal bygge et hjerte

Bioprintet knogle

3D-bioprint har også stort potentiale på Jorden, når teknologien er færdigudviklet. Patienter kan undgå at skulle vente på en donor, når de skal have en organtransplantation. De slipper også for at få taget hud fra et andet sted på kroppen, hvis de skal have en hudtransplantation. (Foto: ESA – SJM Photography)

Vævet blev printet på hovedet

For at sikre sig, at man kan bruge metoden i rummet, 3D-printede forskerne hud- og knoglevævet, imens printeren var vendt på hovedet. 

Det beviser, at 3D-printeren fungerer i nul tyngdekraft, for når materialet kan komme ud ad printerens åbning, selvom printeren er vendt på hovedet, og tyngdekraften modarbejder den (negativ tyngdekraft), fungerer den også i nul tyngdekraft. 

Det er første gang, denne metode er blevet brugt til at printe hud- og knoglevæv.

Kilde: Tommaso Ghidini

Fint skridt i den medicinske behandling

3D-printede elementer til hudtransplantationer eller reparationer af væv har været spirende i et stykke tid på Jorden, og det er en ide med masser af potentiale for brug i rummet, mener en dansk forsker i rummedicin.

»Der har været 3D-printet masser af ting i rummet, og netop, fordi man ikke kan pakke et kæmpe lastrum, med alt, hvad man skal bruge på en 3-årig tur til Mars, må astronauterne producere de ting, de skal bruge undervejs,« siger Lonnie Grove Petersen.

Hun er postdoc ved Department of Biomedical Sciences på Københavns Universitet, men er i øjeblikket adjunkt ved University of California i USA.

Rumforskere har længe talt om at 3D-printe mad og værktøj til Mars-rejser, »så det her er et rigtig fint skridt i den medicinske behandling,« siger rummedicineren.

LÆS OGSÅ: Skelsættende studie: I fremtiden kan du 3D-printe din egen medicin

Farefuld færd til Mars

Turen mod Mars er brolagt med risici for at komme til skade, så det er slet ikke utænkeligt, at knogle- og hudtransplantationer bliver nødvendige, mener Lonnie Grove Petersen:

  • De mange måneders vægtløshed og stråling i rummet påvirker hjerte, kredsløb, øjne og muskler. 
  • Astronauterne taber muskelstyrke, og deres knogler afkalker, så de kan få knogleskørhed. Det gør knoglerne mere tilbøjelige til at brække, så her kommer knogletransplantationer ind i billedet.
  • Der kan ske uheld. Hvis astronauterne snubler, når de går på Mars, fordi deres muskler er blevet svækket, kan de brække knoglerne. Der kan også udbryde brand i rumfartøjet. 
  • Astronauterne kan blive syge. Hvis man ser på statistikkerne over, hvilke alvorlige sygdomme der oftest rammer os på Jorden, er blindtarmsbetændelse eksempelvis en stor risiko.

»ESA-projektet har især potentiale for større brandsår. Risikoen ved brandsår er, at du skader et stort hudområde, og det medfører risiko for, at du taber væske, der hvor du ikke har huddække,« siger rummedicineren og fortsætter: 

»Det smarte ved 3D-huden er, at den er lavet af patientens eget blod. Blodet skal tappes, oprenses og sættes ind i printeren, men det reducerer risikoen for, at kroppen afstøder vævet, og det er i sig selv rigtig smart.«

Forskerne 3D-printede vævet på hovedet for at demonstrere, at teknikken fungerer i negativ tyngdekraft. Kort sagt, hvis printeren dur i negativ tyngdekraft, vil den også gøre det i nul tyngdekraft. (Video: University Hospital of Dresden Technical University)

Huden kan i teorien bruges nu 

Det er især store hudtransplantationer ved helkropsforbrændinger og knogletransplantationer generelt, der har lange udsigter. 

Den 3D-printede hud kan teoretisk set bruges til mindre, lokale brandsår, fortæller Tommaso Ghidini.

Lonnie Grove Petersen er enig:
»På den korte bane er der direkte anvendelsesmuligheder for især huden, som kan fungere som et biologisk plaster på mindre skrammer,« siger hun.

Desuden er det én ting at printe selve hudlagene, men at printe hudens blodåresystem er stadig ikke opnået.  

Første skridt mod rum-operationer

Det her er første skridt på vejen mod at kunne bruge vedvarende medicin på fremtidige Mars-missioner, men i første omgang handler det mest om at bevise, at 3D-bioprint i nul tyngdekraft kan lade sig gøre.

Der er nemlig et stykke tid, til at vi kan udføre rigtige operationer på en fremtidig Mars-mission – både i selve rumraketten og nede på planeten. 

»Vi må være realistiske omkring, at vi ikke kan lave en hel operation på den første Mars-mission. Det kræver et operationsrum og et sterilt miljø, så vi kommer ikke til at lave en nyretransplantation i morgen, men det første skridt er at producere knogler og hud,« siger Tommaso Ghidini og fortsætter:

»Vi tog til Månen et skridt ad gangen ved at flyve tæt på Månen, være i kredsløb om den og så sende mennesker derop. Det er sådan, vi arbejder i rummet, og på samme måde har vi udviklet byggestenene.«

LÆS OGSÅ: 3D-printet medicin kan skræddersys til den enkelte patient

biovæv

I teorien kan det bioprintede hudvæv bruger allerede nu, hvis man har nok bioprintet materiale. (Foto: ESA – SJM Photography)

Udvikler beskyttelse mod stråling

ESA-forskerne bag 3D-bioprintet har som en af de næste ting tænkt sig at arbejde på at beskytte ingredienserne til det bioprintede hud- og knoglevæv mod stråling i rummet. 

Til det formål udvikles der rumdragter med vandlommer og desuden poser med vand, fordi vand er et effektivt skjold mod stråling.

Kilde: Tommaso Ghidini

Rum-operationer er en udfordring

Udover at der er brug for de rigtige faciliteter til at lave en operation i rummet, er der også andre udfordringer ved at gennemføre en operation i rummet.

»Den måde, blod bevæger sig på i nul tyngdekraft, er helt anderledes end på Jorden. Det laver en slags biofilm, der beklæder hele operationsfeltet (der, hvor man skærer huden op, red.), så dit synsoverblik over, hvad du laver, bliver meget begrænset,« fortæller Lonnie Grove Petersen.

Problemet er altså ikke løst ved at printe et nyt organ, for organet skal også ind i kroppen, og det er her, udfordringen er størst, mener hun.

Men det betyder ikke, at vi skal lade os afskrække fra at blive ved med at udvikle teknologier, der bringer en Mars-rejse indenfor rækkevidde:

»Der er mange ubekendte i forhold til Mars-rejser, men de bliver først bekendte, når vi kommer afsted. Der er derfor ingen årsager til at blive hjemme, og det bioprintede væv er et fremragende skridt på vejen, velvidende at der er mange skridt foran os,« fortæller Lonnie Grove Petersen.

ESA bioprint oversigt

ESA regner med at kunne bioprinte hud i nærheden af Månen allerede i 2020'erne. Bioprint på en Mars-rejse ligger dog først et sted efter 2030'erne. (Illustration: TU Dresden/OHB System/Blue Horizon)

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om Evidensbarometeret, som Videnskab.dk lige har lanceret.