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Une bio-imprimante portative pourrait un jour soigner les blessures des astronautes

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Une mission de réapprovisionnement Dragon de SpaceX transportant 6 500 livres d’expériences scientifiques, dont un prototype de bio-imprimante portable, est en route vers la Station spatiale internationale (ISS) après avoir été lancée le 21 décembre 2021 du Centre spatial Kennedy de la NASA en Floride. Imaginé par le Centre aérospatial allemand (DLR), cet appareil portable, appelé Bioprint FirstAid, a le potentiel de faciliter l’utilisation rapide de bioinks préalablement préparés contenant les cellules d’un patient pour former un pansement en cas de blessure. Cette imprimante innovante en microgravité est prometteuse pour les futures missions de longue durée en orbite terrestre basse (LEO), sur la Lune et sur Mars et pourrait être la prochaine grande nouveauté sur Terre.

À l’heure où les agences spatiales se préparent à effectuer des vols de plus longue durée, la survie en microgravité est cruciale, en particulier pour les équipages vivant dans des quartiers étroits, où la combinaison du stress et de la diminution de l’immunité a un impact sur la propagation des microbes pathogènes. Le stress et la diminution de l’immunité ont un impact sur la propagation des microbes pathogènes. Ces facteurs, combinés à une baisse de l’immunité et à un stress accru, peuvent rendre les humains malades dans l’espace. En outre, l’environnement de microgravité lui-même peut avoir des effets néfastes sur l’organisme, notamment un retard dans la cicatrisation des plaies. C’est pourquoi les agences spatiales encouragent depuis longtemps la recherche pour comprendre comment protéger les astronautes dans l’espace afin d’améliorer la santé humaine.

Développé, assemblé et qualifié par la société spatiale allemande OHB System avec le soutien de scientifiques de l’Université technique de Dresde, le prototype de bioprinter est décrit comme une bioprinter portable robuste et purement mécanique (pas de batterie nécessaire), composée d’un dispositif de dosage dans la poignée, d’une tête d’impression, de roues de support et de deux cartouches de bio-encre. La démonstration technologique dans l’espace n’utilisera pas de véritables cellules humaines mais des microparticules fluorescentes.

The Bioprint FirstAid Handheld Bioprinter (Bioprint FirstAid) could create a tissue-forming patch to cover a wound and accelerate the healing process.

Le Bioprint FirstAid Handheld Bioprinter (Bioprint FirstAid) pourrait créer un patch de formation de tissus pour couvrir une blessure et accélérer le processus de guérison. Image reproduite avec l’aimable autorisation de OHB System/DLR/Agence spatiale européenne.

Associées à deux gels à durcissement rapide, ces microparticules créent un revêtement de plaie semblable à du plâtre, qui sera imprimé sur le bras ou la jambe d’un astronaute recouvert d’une feuille d’aluminium et renvoyé sur Terre pour y être testé. L’astronaute allemand Matthias Maure de l’ESA (Agence spatiale européenne) – le premier astronaute allemand à se rendre à l’ISS à bord d’un vaisseau Dragon – consacrera une grande partie de son temps à la recherche scientifique, notamment aux essais de la biopuce.

Pendant qu’il s’entraînait pour sa mission à bord de l’ISS, Maure a expérimenté le dispositif de bioprinting, en appliquant le matériau sur sa jambe, qui était enveloppée dans une feuille d’aluminium. Le schéma de distribution des échantillons imprimés sur Terre, comparé à celui des échantillons imprimés dans l’espace, est une valeur essentielle pour la recherche. Dans l’ensemble, ce projet vise à tester la technologie d’impression et à évaluer son applicabilité dans des conditions spatiales pour de futures missions dans des habitats extrêmes sur et hors de la Terre.

Bioprint FirstAid offre une opportunité de recherche pour optimiser les matériaux et les processus de bio-impression. La NASA considère que les modèles de tissus 3D basés sur la microgravité sont importants pour mieux comprendre les exigences de la bio-ingénierie et de la bio-fabrication, essentielles pour obtenir des tissus hautement viables et fonctionnels. Dans des conditions de microgravité, la pression des différentes couches contenant des cellules est absente ainsi que l’effet potentiel de sédimentation des simulants de cellules vivantes. En outre, la stabilité du patch de tissu imprimé en 3D et le processus de réticulation de l’interface électrolyte-membrane, potentiellement dépendant de la gravité, peuvent être analysés pour de futures applications.

Les chercheurs suggèrent que le processus de bio-impression de ce prototype nécessite 10 minutes pour obtenir une réticulation appropriée des matériaux biopolymère et réticulant (qui sert de matrice stabilisante) avant de recouvrir la zone affectée comme un plâtre et d’accélérer la guérison de la plaie en facilitant la formation de nouveaux tissus cutanés. Si les recherches évoluent favorablement, la technologie de traitement rapide des plaies de l’imprimante biologique portative serait idéale pour guérir rapidement et efficacement les fractures osseuses et les blessures cutanées et musculaires lors des missions d’exploration spatiale de longue durée.

En outre, la combinaison de cellules, de biomatériaux spécifiques aux tissus et de la bio-impression 3D haute résolution peut permettre aux scientifiques de développer de nouvelles techniques de modélisation des tissus et des organes afin de mieux comprendre les mécanismes biophysiques de la génération, de la régénération et de la longévité des tissus.

SpaceX Dragon resupply mission ready for launch December 21, 2021.

La mission de réapprovisionnement Dragon CRS-24 de SpaceX prête à lancer des expériences scientifiques vers l’ISS. Image reproduite avec l’aimable autorisation de SpaceX/NASA.

Le lancement de la mission CRS-24 (Commercial Resupply Services) de SpaceX Falcon 9 vers l’ISS transportant la biopresseuse devrait s’amarrer de manière autonome à la station spatiale vers 4 h 30 le 22 décembre et y rester pendant environ un mois. Outre le Bioprint FirstAid, Dragon livre d’autres expériences scientifiques à la station spatiale, notamment une étude visant à surveiller et à profiler le développement des pousses et des racines des plantes en microgravité, un détergent entièrement dégradable pour la lessive dans l’espace par Proctor &amp ; Gamble, et des projets scientifiques des étudiants en microgravité.

L’appareil portable deviendra le troisième système de bioimpression à l’ISS, rejoignant la plateforme russe de bioimpression 3D Organ.Aut, qui a atteint avec succès l’orbite en décembre 2018, et la BioFabrication Facility, développée par nScrypt et Techshot (récemment acquise par le géant spatial Redwire).

De plus, ces expériences rejoindront les centaines de recherches actuellement menées à bord du laboratoire orbital dans les domaines de la biologie et de la biotechnologie, des sciences physiques et des sciences de la Terre et de l’espace. Les progrès réalisés dans ces domaines permettront de maintenir les astronautes en bonne santé pendant les voyages spatiaux de longue durée et de faire la démonstration de technologies destinées aux futures explorations humaines et robotiques au-delà de l’orbite terrestre basse, vers la Lune et Mars, dans le cadre du programme Artemis de la NASA, la première mission avec équipage devant avoir lieu au plus tôt en 2025.

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