Исследователи ETH Zurich успешно напечатали человеческую мышечную ткань в условиях микрогравитации во время параболических полётов, открывая путь к созданию биологически точных тканевых моделей для тестирования лекарств в космосе.
Система G-FLight позволяет печатать сложные тканевые структуры без гравитационных деформаций, что невозможно на Земле из-за оседания биоматериалов.
Технология критична для долгосрочных космических миссий, где доставка земных лекарств невозможна, и необходимо тестировать терапии непосредственно на орбите.
Когда гравитация становится препятствием
3D-биопечать на Земле сталкивается с фундаментальным ограничением: гравитация. Биочернила, содержащие живые клетки и гидрогели, оседают и деформируются под собственным весом до полимеризации, что искажает геометрию напечатанных конструкций. Это особенно критично для создания мышечной ткани с её сложной волокнистой архитектурой.
Команда ETH Zurich под руководством профессора биоинженерии разработала систему G-FLight (Gravity-Free Fabrication of Living Tissues) – компактную биопринтерную установку, способную работать в условиях кратковременной микрогравитации. Во время параболических полётов, каждый из которых обеспечивает 20-22 секунды невесомости, система печатает структуры из биочернил на основе фибрина и коллагена с включёнными миобластами человека.
В условиях невесомости биочернила распределяются равномерно без оседания, позволяя создавать структуры со сложной внутренней геометрией.
Напечатанная мышечная ткань демонстрирует правильную ориентацию волокон – ключевой фактор функциональности.
Клетки сохраняют жизнеспособность более 95% после печати и последующего возвращения на Земную гравитацию.
Технология печати в экстремальных условиях
G-FLight представляет собой адаптированную экструзионную систему с пневматическим приводом и термоконтролем. Биочернила на основе фибриногена (10-15 мг/мл) смешиваются с миобластами плотностью до 5 млн клеток/мл и полимеризуются под действием тромбина в течение первых 10 секунд печати. Критическая инновация – алгоритм компенсации микровибраций во время полёта, которые могут исказить траекторию экструзии.
Команда провела серию из 15 параболических манёвров на модифицированном Airbus A310 ZERO-G. Каждый параболический цикл состоит из трёх фаз: восходящая фаза (1.8g, 20 сек), фаза невесомости (0g, 22 сек) и нисходящая фаза (1.8g, 20 сек). Система автоматически запускает печать на пике параболы и приостанавливает процесс при возврате гравитации.
Результаты анализа показали, что напечатанная в невесомости ткань имеет более однородную пористость (средний размер пор 85±12 мкм против 120±35 мкм для земных образцов) и лучшую механическую целостность (модуль Юнга на 40% выше). Иммунофлуоресцентное окрашивание подтвердило экспрессию маркеров дифференцировки миобластов (MyoD, миозин тяжёлых цепей) уже через 72 часа после печати.
Окно печати ограничено 20 секундами невесомости, что позволяет создавать только простые конструкции размером до 5×5×3 мм.
Стоимость одного параболического полёта составляет €6000-8000 за цикл, делая технологию пока недоступной для массового применения.
Долгосрочная культивация напечатанных тканей в условиях микрогравитации требует наличия биореакторов на орбитальных станциях.
От исследований к космической биофармацевтике
Главное применение технологии – создание тканевых платформ для тестирования лекарств непосредственно в космосе. На длительных миссиях (Марс, Луна) организм астронавтов подвергается специфическим стрессам: атрофия мышц, изменение метаболизма, воздействие радиации. Земные модели не могут адекватно воспроизвести эти условия. Биопечатные ткани, созданные и культивируемые на орбите, позволят тестировать терапевтические кандидаты в реальных условиях микрогравитации.
ESA (Европейское космическое агентство) уже выразило интерес к интеграции G-FLight в программу Международной космической станции. Пилотный эксперимент планируется на 2027 год: печать мышечной ткани на МКС с последующим 30-дневным культивированием и тестированием противоатрофических препаратов. Ожидаемая стоимость полного цикла исследования – около €2.5 млн, что сопоставимо с традиционными клиническими испытаниями Фазы I.
Коммерческий потенциал открывается через партнёрства с фармацевтическими компаниями. Axiom Space и Sierra Space уже объявили о планах создания частных орбитальных лабораторий к 2028-2030 годам. Аренда лабораторного модуля с биопринтером оценивается в $250-500 тыс. в месяц – дорого для академических исследований, но привлекательно для Big Pharma при разработке препаратов для редких заболеваний или специфических космических патологий.
| Параметр | Земная биопечать | Микрогравитационная биопечать |
|---|---|---|
| Однородность структуры | Низкая (деформации) | Высокая (без оседания) |
| Размер конструкций | До 50×50×20 мм | До 5×5×3 мм (текущее окно печати) |
| Жизнеспособность клеток | 85-92% | 95%+ |
| Механическая прочность | Базовая | +40% модуль Юнга |
| Стоимость печати (прототип) | $50-200 | €6000-8000 (параболический полёт) |
| Релевантность для космической медицины | Ограничена | Критически высокая |
Что дальше: от параболических полётов к орбитальным биофабрикам
Ближайшие 12-18 месяцев команда ETH Zurich посвятит миниатюризации системы для размещения на МКС. Целевые параметры: объём установки до 30 литров (текущий прототип – 120 л), автономная работа до 72 часов, возможность печати конструкций до 20×20×10 мм за одну сессию.
К 2028-2030 годам ожидается запуск первых коммерческих орбитальных биофармацевтических платформ. NASA уже включило «космическую регенеративную медицину» в дорожную карту программы Artemis (возвращение на Луну). Европейское космическое агентство рассматривает создание специализированного модуля для биопечати на Gateway – лунной орбитальной станции.
Долгосрочный сценарий (2035+): полностью автономные биофабрики на Луне и Марсе, способные печатать ткани из локальных биоматериалов (выращенных в космических оранжереях) для поддержки здоровья колонистов. Скептический взгляд требует учитывать риски: радиационное повреждение напечатанных тканей, ограниченность биоматериалов, необходимость квалифицированного персонала для обслуживания систем.
Оптимистичный: Успешная интеграция на МКС к 2027, коммерциализация через частные космические станции, первые одобренные космические терапии к 2032.
Реалистичный: Технология остаётся в исследовательской нише до 2030, ограниченное применение для high-value экспериментов фармкомпаний, стоимость снижается на 30-50%.
Пессимистичный: Технические и финансовые барьеры замедляют внедрение, технология не выходит за пределы параболических полётов до середины 2030-х.
Узнать больше
ETH Zurich Complex Materials Lab
Лаборатория биоинженерии ETH Zurich разрабатывает передовые технологии биофабрикации, включая 3D-биопечать в условиях микрогравитации. На сайте представлены публикации, видеоматериалы экспериментов и возможности для сотрудничества.
VoxelMatters: Biofabrication News
Специализированное издание по аддитивным технологиям и биопечати. Регулярно публикует анализ прорывов в области тканевой инженерии и регенеративной медицины.
ESA Space Medicine Program
Европейское космическое агентство публикует исследования в области космической медицины, включая биотехнологические решения для длительных миссий.
Практические идеи
Для исследовательских организаций: Изучить возможности партнёрства с ETH Zurich или ESA для доступа к параболическим полётам (стоимость одного цикла €6-8 тыс.). Фокусироваться на малоразмерных, высокоценных экспериментах, где микрогравитация критична (например, печать нейрональных сетей, сосудистых структур).
Для фармацевтических компаний: Оценить потенциал космических тканевых моделей для тестирования препаратов, разрабатываемых под специфические космические патологии (мышечная атрофия, остеопороз, иммуносупрессия). Рассмотреть early-stage инвестиции в коммерческие орбитальные платформы (Axiom, Sierra Space), которые планируют запуск биофармацевтических модулей к 2028-2030.
Для биотех-стартапов: Мониторить развитие инфраструктуры коммерческих космических станций. Окно возможностей откроется в 2027-2029, когда стоимость орбитальных экспериментов снизится на 40-60% по сравнению с МКС благодаря конкуренции частных операторов.
Для инвесторов и VС: Технология на стадии TRL 4-5 (Technology Readiness Level – уровень готовности технологии). Горизонт коммерциализации: 2028-2032. Риски высоки, но первые игроки получат доступ к уникальной нише – космическая регенеративная медицина оценивается в потенциальные $500 млн к 2035 (по прогнозам аналитиков космической индустрии).
Источники информации
Материал подготовлен на основе публикации VoxelMatters о результатах исследования ETH Zurich по 3D-биопечати мышечной ткани в условиях микрогравитации (октябрь 2025), данных Leonard David's INSIDE OUTER SPACE о космической биомедицине, информации об ESA и NASA программах регенеративной медицины для космических миссий. Данные актуальны на 02 ноября 2025.