Prowadzone przez Tammy T. Chang, profesora chirurgii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco, Chang Laboratory for Liver Tissue Engineering jest pionierem w samodzielnym składaniu ludzkich tkanek wątroby na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) – obszarze przestrzeni kosmicznej poniżej wysokości ok. 2000 km. Proces ten może znacznie przyspieszyć rozwój złożonych tkanek do użytku medycznego na Ziemi. Strategie transportu tych tkanek z powrotem na Ziemię i odpowiednie wyniki eksperymentów zostaną zaprezentowane na Kongresie Klinicznym American College of Surgeons (ACS) 2024 w San Francisco w Kalifornii. Metoda ta wykorzystuje unikalne środowisko mikrograwitacji, aby zaradzić ograniczeniom obecnych technik inżynierii tkankowej na Ziemi. Na przykład zastosowanie sztucznych matryc, które zapewniają ramy, na których rosną komórki, może wprowadzać materiały zewnętrzne i zmieniać funkcje komórkowe. – Nasze odkrycia wskazują, że warunki mikrograwitacji umożliwiają rozwój tkanek wątroby o lepszym zróżnicowaniu i funkcjonalności niż te hodowane na Ziemi. Stanowi to krytyczny krok w kierunku stworzenia zdolnych do życia implantów tkanek wątroby, które mogłyby służyć jako alternatywa lub uzupełnienie tradycyjnych przeszczepów wątroby – mówi prof. Chang.

Badania Laboratorium Chang koncentrują się na samoorganizacji indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) w warunkach mikrograwitacji. Te początkowe komórki są tworzone z normalnych ludzkich komórek przeprogramowanych tak, aby działały jak embrionalne komórki macierzyste. Oznacza to, że iPSC mogą przekształcić się w wiele różnych typów komórek. Te komórki macierzyste są wbudowywane w tkanki wątroby w mikrograwitacji, które działają jak mniejsza, prostsza wątroba. W przeciwieństwie do ziemskich metod inżynierii tkankowej, które opierają się na egzogennych matrycach lub płytkach hodowlanych, mikrograwitacja umożliwia komórkom swobodne unoszenie się i naturalną organizację, co skutkuje bardziej fizjologicznie dokładnymi tkankami.

Głównym elementem tego projektu jest opracowanie niestandardowego bioreaktora, nazwanego „Tissue Orb”, zaprojektowanego w celu ułatwienia samoorganizacji tkanek w nieważkim środowisku kosmicznym. Bioreaktor posiada sztuczne naczynie krwionośne i zautomatyzowaną wymianę mediów, symulując naturalny proces przepływu krwi w ludzkich tkankach. Zespół badawczy pracuje również nad zaawansowanymi technikami kriokonserwacji w celu bezpiecznego transportu zmodyfikowanych tkanek z kosmosu na Ziemię. Kolejna faza projektu obejmuje testowanie izochorycznego przechłodzenia – metody konserwacji, która utrzymuje tkanki poniżej poziomu zamrożenia bez ich uszkadzania. Technologia ta może wydłużyć okres trwałości tkanek inżynieryjnych i potencjalnie może być stosowana do całych narządów. – Naszym celem jest opracowanie solidnych technik konserwacji, które pozwolą nam sprowadzić funkcjonalne tkanki z powrotem na Ziemię, gdzie będą mogły być wykorzystywane do szeregu zastosowań biomedycznych, w tym modelowania chorób, testowania leków i ostatecznie – implantacji terapeutycznej – wymienia prof. Chang. Eksperyment lotu kosmicznego Laboratorium Chang zaplanowano na luty 2025 r. Autorzy utrzymują, że badania nie tylko pokazują potencjał mikrograwitacji w zakresie rozwoju inżynierii tkankowej, ale także kładą podwaliny pod przyszłe innowacje w kosmicznej produkcji biomedycznej.