하이라이트
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미세 중력 조건에서의 우주 실험은 생물 제조 기술의 발전을 촉진합니다.
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인간 오르가노이드는 유용한 소설이다 체외에서 우주 미세 중력의 영향을 연구하기 위해 우주 생명 과학 연구를 발전시킬 수 있는 인간 장기 모델.
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인간 오르가노이드는 효과를 연구하고 우주 방사선을 생체 모니터링하기 위한 생물학적 '감시자'로 사용될 수 있습니다.
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조직-전형 및 기관-전형 기능 및 혈관화된 인간 조직 및 기관은 궁극적으로 지구에서 인간 노화의 촉진제로서 우주 환경 조건(즉, 미세중력 및 우주 방사선)을 사용하여 인간 오르가노이드로부터 우주에서 생물학적으로 제작될 수 있습니다.
우주에서의 생물제조는 우주 STEM의 급부상하는 분야에서 새롭고 유망하고 장래성 있는 연구 방향 중 하나입니다. 우주에서 바이오 제조의 몇 가지 장점이 있습니다. 미세 중력 하에서 더 많은 유체 채널을 사용하여 구성물을 엔지니어링할 수 있으므로 더 많은 생체 적합성 바이오 잉크가 가능합니다. Microgravity는 보다 복잡한 기하학적 구조의 조직 및 기관 구조의 생체 제작을 가능하게 하여 다중 부상 원리를 기반으로 하는 새로운 스캐폴드, 라벨 및 노즐이 없는 기술을 용이하게 합니다. 그러나 미세 중력과 우주 방사선에 노출되면 생물 가공 조직은 지구와 심우주 유인 임무에 유용할 병태생리학적 현상을 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 여기에서 우리는 우주에서 생물 제조 기술을 적용할 때의 잠재적인 상호 이점에 대한 주요 개념을 제공합니다.
무대 설정: 바이오패브레이션, 오르가노이드, 공간
]. 이러한 모델은 다음과 같은 다양한 환경 조건에 노출된 조직 및 기관의 생리학을 연구하는 데 사용할 수 있습니다. 미세 중력 (μg) 우주에서 마주치는 방사선. 이러한 모델에서 얻은 지식은 'Moon Village' 및 'Mission to Mars' 프로그램(http://www.esa.int/About_Us/Ministerial_Council_2016/Moon_Village; http://exploration.esa.int/mars/; http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/A_new_European_vision_for_space_exploration). 뼈에 대한 골다공증과 같은 잘 알려진 효과는 실례가 아닙니다.
] 뿐만 아니라 근육 손실 [
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], 심혈관 [
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] 및 미세 중력으로 인한 폐활량 결핍 [
], 갑상선, 생식선, 장과 같은 민감한 기관에 대한 방사선의 영향 [
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,
]. 급성 방사선 질병과 같은 보다 즉각적인 영향 외에도 방사선에 노출되면 우주 비행사와 우주 비행사가 여러 암, 유전적 돌연변이, 신경계 손상, 심지어 백내장에 걸릴 위험도 증가합니다.
,].
]. 이러한 시도에도 불구하고 개념 증명 연구에서 실제 기능 조직 및 기관으로 이동하려면 추가 조치를 취해야 합니다. 특히 공학적으로 더 어려운 것으로 입증된 혈관과 같은 생체 인쇄된 연조직의 경우 [
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]. 그러나 이러한 연구는 바이오프린팅 기술의 잠재력이 거의 도달했음을 보여줍니다. 미세중력에서의 바이오프린팅은 지금까지 포물선 비행에서 대부분 입증되었으며, 더 부드러운 젤로 세포가 함유된 하이드로겔 구조를 침착시키는 가능성을 보여줍니다. 보다 최근에는 미국의 상업용 개발업체이자 우주 비행 장비 운영업체인 Techshot Inc.와 산업용 3D 바이오프린터 및 전자 프린터 제조업체인 nScrypt가 성체 인간 세포(예: 줄기 또는 만능 세포) 및 성인 조직 유래 단백질 바이오 잉크 국제우주정거장(ISS)에서 생존 가능한 조직을 만들기 위해 또한 2019년 말 3D Bioprinting Solutions의 러시아 과학자들이 무중력 상태에서 뼈 구조의 조각을 성장시켜 뼈 조직을 생체 인쇄할 수 있게 되었을 때 자기 부상 바이오프린팅은 ISS에서 테스트 및 검증되었습니다.
]. 지금까지 이러한 시스템은 우주에서 성공적으로 테스트된 유일한 시스템입니다. NASA와 ROSKOSMOS의 개발 외에도 유럽 우주국(ESA)도 ISS에서 3D 바이오프린팅 및 세포 배양 모듈의 구현을 계획하고 있습니다.
]. 최근에는 유용한 하이드로겔의 출현으로 만능 줄기 세포의 성공적인 바이오프린팅이 가능해졌으며, 여러 조직이나 장기 패치를 생각할 수 있는 더 넓은 응용 분야가 열렸습니다.
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]. 하지만 바이오프린팅 기술이 상용화된 것은 아주 최근의 일이다. 유기체 보고되었다 [
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]. 이 발전은 생체 인쇄된 장기 모델이 처음에는 3D를 제공하기 위해 현실에 점점 더 가까워질 수 있기 때문에 새로운 지평을 엽니다. 체외에서 개인화 의학을 위한 모델과 번역에 대한 가까운 장래에 가능한 의미 재생 의학.
]. 인간 줄기 세포에서 생성된 오르가노이드는 생성을 위한 새롭고 독특한 가능성을 엽니다. 체외에서 인간 질병 모델, 신약 및 가능한 독성 연구, 마지막으로 재생 의학 및 조직 공학 목적 [
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]. 오르가노이드 연구는 생물 의학에서 매우 유망하고 빠르게 발전하는 분야가 되고 있습니다. 우주 연구에서 오르가노이드를 사용하면 인체 조직의 기능적 및 형태학적 특성에 대한 무중력 효과와 같은 우주 생물학 및 의학의 많은 중요한 문제를 해결할 수 있습니다. 인간의 세포, 조직 및 기관에 대한 우주 방사선의 영향; 우주에서의 생식 및 인지 능력을 포함하는 인간 조직의 재생 가능성에 대한 연구. 미세 중력의 영향을 활용하여 우주 조건에서 오르가노이드에 대한 연구는 또한 지구에 도움이 되는 약물 R&D, 암 연구 및 줄기 세포 연구와 매우 관련이 있습니다. 우주에서 오르가노이드를 사용하는 연구의 구현과 관련된 계획된 실험 및 기술적 과제는 나중에 논의됩니다. 마지막으로, 오가노이드와 생물제조 기술의 통합(표 1)는 우주 생물학 연구의 맥락과 지구에 대한 의미에서 추가로 논의됩니다. 우주에서의 장기 체류, 장거리 행성 간 여행 및 미래 외계 행성 정착에 대한 지속적인 연구의 효과를 연구하기 위해 인간 오르가노이드 실험의 기술 지원에 특별한주의를 기울입니다.
오르가노이드의 정의와 오르가노이드 연구의 간략한 역사
]. 이 정의는 최근 몇 년간의 성과를 포함하지 않습니다. 보다 최근에 Clevers, Knoblich 및 Lancaster 연구소의 선구적인 연구는 줄기 세포에서 오가노이드의 기원과 자기 발달 및 자기 분화를 정의에서 주로 강조했습니다.
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].
].
오르가노이드와 조직 스페로이드의 근본적인 차이점
불행히도, 조직 스페로이드는 종종 오르가노이드로 잘못 식별됩니다. 사실, 이 두 가지 유형의 미세조직 사이에는 중요하고 근본적인 차이점이 있습니다. 조직 회전 타원체 및 오르가노이드는 종종 조밀하게 포장된 세포로 구성된 구형 미세 조직입니다. 그러나 이것은 그들 사이의 명백한 유사성이 본질적으로 끝나는 곳입니다. 오르가노이드는 모양이 불규칙하고 윤곽이 들쭉날쭉합니다. 오르가노이드는 본질적으로 조직적으로 배양된 기형종으로 종종 보기 흉한 모양과 혼란스러운 구조를 가지고 있습니다. 오르가노이드는 조직학적 섹션에 확실한 조직형과 장기 특이적 구조 및 조직이 있기 때문에 한 가지 유형의 세포로 거의 구성되지 않습니다. 조직 회전 타원체와 달리 오르가노이드에는 종종 내강이 있으며 Matrigel 또는 합성 유사체와 같은 천연 ECM 없이는 형성할 수 없습니다. 그러나 우리는 오르가노이드와 조직 스페로이드 사이의 세 가지 근본적인 차이점에 특별히 주의를 기울이고 싶습니다. 첫째, 오르가노이드는 분화된 세포와 조직이 아닌 줄기 세포에서 형성됩니다. 둘째, 오르가노이드는 조직 회전 타원체의 경우와 같이 세포 현탁액을 조립하는 것이 아니라 자기 조직화 및 분화에 의해 발생하고 형성됩니다. 셋째, 오르가노이드의 경우 원칙적으로 우리는 주로 인간 세포에 대해 이야기하고 있습니다.
오르가노이드의 분류
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].
오르가노이드의 혈관화
]. 현재의 기술 발전에도 불구하고 [
], 달성 생체내에서- 장기의 복잡성과 성숙과 유사 체외에서 과제로 남아있다 [
]. 따라서 참신한 개념과 아이디어가 기다리고 있습니다. 이러한 아이디어 중 일부는 중배엽 전구 세포의 사용입니다.
], 인간 ETS 변이체 2를 이소적으로 발현하는 조작된 인간 배아 줄기 세포 [
], 수정된 랩온칩 시스템 [
], 또는 심지어 광합성 전략을 사용하여 [
]. 그림 Ⅰ 빌딩 블록(세포 공급원, 생체 재료및 스캐폴드), 3D 바이오프린팅, 혈관화, 지속적인 모니터링, 그리고 마지막으로 장기 성숙을 통해.
그림 Ⅰ3D 바이오프린팅 및 오르가노이드 기술을 사용하여 장기를 생성하는 프로세스의 개요.
표 1오르가노이드의 3D 바이오프린팅을 수행한 최근 연구
우주 비행이 인체에 미치는 영향
우주 비행은 여러 가지 방식으로 인체에 영향을 미치지만 여기서는 우주 비행사가 장기 우주 임무의 맥락에서 직면해야 하는 주요 건강 문제, 즉 미세 중력 및 방사선의 일부 영향에 초점을 맞출 것입니다.
미세 중력이 인간에 미치는 영향
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]. 또한 우주 비행사는 다른 중력 수준을 받게 되며 1부터 시작합니다. g 무중력에서 달 중력(0.17 g) 또는 화성 중력(0.376 g()그림 2).
그림 1우주 비행사와 우주 여행자의 건강 손상 가능성.
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].
그림 2인간 우주 비행의 위험.
다양한 미세 중력 및 방사선 수준이 개발됩니다. 이러한 위험의 조합은 물론 개별적으로도 이전에 보았듯이 다양한 기능 장애를 일으킬 수 있습니다. BioRender로 만들었습니다. 약어: ISS, 국제 우주 정거장.
]. 그러나 무중력 상태의 가장 심각한 영향은 근육 위축과 더 중요한 것은 뼈 손실입니다. 우주 비행 중 우주에 있는 인간은 한 달에 평균 0.5%에서 2%, 또는 매년 6%에서 24%의 뼈 질량을 잃습니다.
]. 이에 비해 폐경 후 골다공증은 연간 3~4%의 뼈 손실을 유발하고 노인성 골다공증은 연간 약 1%의 뼈 손실을 유발합니다.
].
].
방사
]. 결과적으로 우주비행사들은 다양한 유효선량에 노출될 것이다.
] (그림 2).
]. 극단적인 경우 단기간에 급성 방사선 질환을 일으킬 수 있습니다.
].
긴 화성 임무 중 단시간에 지구로 귀환하는 데 고립의 제약과 어려움
]. ISS에는 또한 자원과 의료 장비가 지속적으로 공급됩니다. 또한 ISS에는 고급 생명 유지 팩이 장착되어 고급 심장 생명 유지 및 고급 외상 생명 유지 [
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].
이에 반해 장기탐험의 경우 지구로 귀환하기까지 몇 달이 걸리며 재보급도 이뤄지지 않는다. 따라서 우주선은 자원 면에서 가능한 한 자급자족해야 하고 의료 능력 면에서 더욱 중요합니다. 통신 지연과 장비 고장 또는 의료 응급 상황의 가능성에 직면하여 우주에 있는 인간은 지구의 지원 없이 여러 상황에 대처할 수 있어야 합니다. 예를 들면 응급 수술, 급성 외상, 화상 및 상처가 있습니다. 현재 외상이나 수술에서 생존하는 데 있어 중요한 측면은 상처/봉합 행동과 우주에서의 치유입니다. 이러한 이유로 우주선은 3D 바이오프린팅 장비, 재생 의학 용량, 수술 도구와 같은 첨단 의료 기술을 호스트해야 하며, (다른 의료 기기 중에서도), 혈액 샘플 및 조직을 의학적으로 자급자족하기 위한 현미경 및 냉동고를 보유해야 합니다. 모든 종류의 건강 문제에 직면할 수 있습니다.
예를 들어, 장기간의 여행, 달에서의 장기 체류 및 화성 탐사는 다양한 기술적 제약을 부과합니다. 실제로 그러한 여행 중에는 기술 또는 의료 문제가 있는 경우 돌아올 가능성이 없습니다. 의학적 관점에서 모든 경우를 고려하고 의학적 합병증을 피하기 위한 대책을 강구해야 합니다. 또한 우주선과 승무원은 모든 종류의 예기치 않은 사건에 대처하기 위해 최소한 가능한 한 의학적으로 자급할 수 있는 능력을 갖추어야 합니다. 이러한 관점에서 중개 재생 의학은 연골, 뼈, 갑상선, 간, 근육 및 심장과 같은 조직의 공학을 고려할 때 유망한 전망을 제공하는 것으로 보입니다.
3D 바이오 프린터와 혈액, 골수 및 다양한 유형의 조직 샘플을 포함하는 운영 의료/외과 블록의 조합은 임무가 자급자족에 접근하고 의료 개입이 필요한 위급한 상황에 대처할 수 있도록 도울 것입니다.
왜 우주 연구에서 오르가노이드를 사용합니까?
우주 연구에서 오르가노이드를 사용하는 것이 왜 그렇게 중요한가요? 첫째, 인간 오르가노이드는 본질적으로 사람의 작은 '아바타'입니다. 왜냐하면 그들은 진정한(조직학적으로 구조적으로 성숙한 조직 및 기관과 기능적으로 유사한) 인간 조직을 연구할 수 있는 독특한 기회를 제공하기 때문입니다. 둘째, 사람의 미세조직을 이용하기 때문에 사람에게 불편함이나 피해를 주지 않고 할 수 있다. 체외에서 자기 조직화를 통해 셋째, 사용된 줄기 세포의 유전자 변형은 다음을 포함하는 오르가노이드 생성을 위한 독특한 가능성을 제공합니다. 자기보고 유전자 활성화 시 켜지고 형광 단백질을 이용하여 발현을 쉽게 시각화할 수 있고 내장된 자동 바이오센서에 등록된 것입니다.
심우주 탐사 연구를 위한 오르가노이드
]. 지난 세기에 방사선 생물학자들은 방사선 감수성 조직 증식 수준이 높은 조직 및 기관입니다. 따라서, 예를 들어 골다공증의 기전과 같은 전통적인 연구뿐만 아니라 무엇보다도 이를 요약하는 인간 오르가노이드에 대한 연구에 우주 연구에 초점을 맞추는 것이 논리적일 것입니다. 체외에서 증식 수준이 높은 기관의 발달. 이들은 주로 장, 골수 및 난소 및 고환과 같은 생식 기관입니다. 생식 조직에 대한 우주 방사선의 영향은 처음에 인간 오르가노이드의 냉동 샘플에서 연구한 다음 형광 단백질을 통한 세포자멸사(프로그램된 세포 사멸)를 위한 자가 복제 유전자를 사용하여 살아있는 오르가노이드에 대해 연구할 수 있습니다.
]. 혈관 오르가노이드에서 골수 세포의 혈관 내피로의 분화에 대한 우주 방사선의 가능한 영향 연구 혈관 신생 와 혈관 형성, 매우 중요할 것입니다. 특별히 설계된 미세유체 관류 챔버는 생체 모니터링을 지원하고 실시간으로 혈관신생 및 내피 전구 세포로부터의 혈관신생을 시각화할 수 있습니다. 또한, 혈관 오르가노이드에서 유전자 변형 줄기 세포는 직접 시각화할 수 있습니다. 생체내에서 혈소판 내피 세포 부착 분자-1(PECAM-1; CD31) 또는 혈관 내피 성장 인자(VEGF)와 같은 조직 특이적 세포 마커의 발현. 인간의 뇌와 심장의 오르가노이드의 흥분성 및 수축성 조직의 기능은 우아하고 현대적인 광유전학 방법을 사용하여 실시간으로 관찰하고 시각화할 수 있었습니다.
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].
우주에서의 오르가노이드 실험을 위한 기술 지원
우주에서 인간 오르가노이드 연구를 위한 적절한 기술 지원은 아직 해결되지 않은 일부 기술 문제 또는 과제에 대한 추가 솔루션이 필요합니다. 우선, 연구에 무인 우주선과 인공위성을 사용하는 경우 연구의 최대 자동화에 대한 필요성이 점점 더 분명해지고 있습니다. 장치를 최소화하고 압축하는 것은 의심할 여지 없이 특히 우주(위성) 연구의 경우 두 번째로 중요한 기술적 과제입니다. 바이오 센서, 내장 카메라 및 기타 장치를 사용하여 비침습 및 비파괴 생체 모니터링, 실시간으로 우주의 오르가노이드에서 일어나는 변화. 지구에서 실시간으로 우주 실험에 대한 효과적인 생체 모니터링의 경우, 오르가노이드를 지구로 반환해야 하는 긴급한 필요성이 자동으로 사라집니다. 또는 우주와 지구 모두에 오르가노이드를 전달하는 기술은 냉동보존 또는 특별히 설계되거나 신중하게 선택된 자극에 민감한 하이드로겔을 사용하여 최적화가 필요합니다. 적절한 냉동 장비를 사용할 수 있는 경우 공간 복사의 영향에 대한 연구는 동결된 물체에 대해 가능한 한 간단하게 수행할 수 있습니다. 마지막으로 특수 개발 생물조립자 우주 정거장이나 위성에 탑재하려면 미세 유체 관류 장치가 필요합니다. 이상적인 우주 실험을 위해서는 적절한 지상 통제를 제공하는 것도 필요합니다. 즉, 지구의 중력과 정상적인 지구 복사 수준의 조건에서 지구에서 유사한 인간 오르가노이드로 병렬 실험을 수행하지만 동일한 타임 라인, 온도 및 CO2 프로필 및 pH 조건.
윤리 및 타당성
]. 다음 XNUMX년 목표는 근육 이식에 필수적인 전체 장기와 신경계를 만드는 것입니다(박스 2).
]. 더욱이 인체 구성의 발전과 이러한 '인체의 일부'의 '강화'는 재생의학에서 가장 두드러진 윤리적 딜레마 중 하나이다.
실제로 인체의 구성은 인체의 '상품화'(장기는 단순한 상품으로 간주)를 향한 첫걸음이다. 인체의 구성과 상품화는 재생의학의 기여도와 상관없이 전통적인 인체 이미지와 '인간 존엄성'이라는 추상적 개념에 대한 윤리적 도전으로 여겨진다. 그러나 미래에는 '인체, 장기, 조직, 심지어 신체 자체까지도 일회용 카메라, 주사기, 접촉기 등의 일회용 도구로 간주하는 관점'으로 정의되는 인체에 대한 새로운 윤리적 관점이 나타날 수 있습니다. 렌즈'; 따라서 새로운 윤리적 관점은 새로운 현실에 적합할 것입니다.
].
].
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].
윤리적으로 우주에서의 바이오패브레이션은 새로운 조직이나 심지어 전체 장기를 단순히 인쇄하여 우주에서 손상되거나 노화되거나 기능 장애가 있는 신체 부위를 대체할 수 있는지 여부와 같은 새로운 질문을 가져옵니다. 특히, 우주인 자신의 세포로 만든 조직을 이식하거나 임무 중 노화된 우주인의 장기를 젊고 건강한 장기로 교체하는 가능성은 매우 유용할 것입니다. 그러나 지구와 같은 우주에서 인간의 장기를 인쇄하거나 생체 가공할 수 있다는 전망은 지구상의 사회에 미치는 것처럼 장기 임무에 심각한 윤리적 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 무엇보다도 우주 비행사의 평균 수명과 생존력을 잠재적으로 높일 수 있습니다. 그러나 이미 큰 우려를 불러일으키고 있는 지구상의 장기 이식 및 잠재적인 생체 제작의 부족과 부족을 감안할 때 장기를 인쇄하여 우주에서 수명을 연장하는 능력이 옳지 않다는 비판이 제기될 수 있습니다.
또 다른 측면은 지구에서 조직이 어느 정도 필요하다는 사실입니다. 발판 특히 심장의 방과 같은 공동의 경우 모든 구조를 제자리에 고정합니다. 그러나 미세 중력 환경에서는 훨씬 더 나은 생체 제작 기관이 잠재적으로 생산될 수 있습니다. 장기를 인쇄하는 엄청난 비용에 직면하여 우주에서 생성된 개선된 심장이나 폐를 제공하는 것은 사람들과 이러한 개선된 우주에서 기른 장기 및 기술에 대한 비용을 지불할 준비가 된 부자의 새로운 시장을 유치하는 방법이 될 수 있습니다.
현재는 우주에서도 생명을 구하는 수술을 위해 장기를 사용/생체 가공하는 데 중점을 두고 있습니다. 그러나 기술이 상업화되어 이를 감당할 수 있는 사람들이 시장에서 사용할 수 있기 때문에 강화된 장기가 스포츠 또는 기타 잠재적 활동의 수행 개선 가능성으로 사용될 위험이 있습니다.
마지막으로 또 다른 윤리적 문제는 사람이나 우주 비행사의 많은 장기가 변경되면 틀림없이 태어난 사람이 아니라 다른 생물이 남는다는 것입니다. 극단적이고 고립된 우주 환경에서 생활할 때 중요한 고려 사항은 즉각적인 지구 기반 의료 지원, 장비 및 자원의 부족으로 자급자족 방식으로 생존하는 방법에 있습니다. 우주 여행자는 자신의 우주 서식지 내에서 재생 의학과 관련된 의료 응급 상황에 대처하고 개발해야 합니다. 지구에서 재생 의학의 윤리적 문제는 불일치와 갈등을 유발할 수 있는 의학적 결정과 관련이 있습니다. 같은 방식으로 우주 재생 의학은 엄격한 의학적 결정에 영향을 미치는 생명윤리 기준과 밀접하게 관련될 것입니다. 그러나 분명히 윤리적인 관점에서 우주에서의 의학적 진단 및 치료에 대한 터널 비전과 같은 관점은 매우 어려운 것으로 판명될 수 있으며 재생과 관련된 생의학 및 윤리적 문제에 대한 추가 보완적 관점을 개발하는 측면에서 재고하도록 강요할 수 있습니다. 의학. 또한, 가까운 장래에 우주 관광이 발전함에 따라 훈련이 덜 된 민간 우주 비행사, 이 특정 인구를 위한 재생 의학의 미래 개발에 대한 추가적인 의료 및 윤리적 압력이 간접적으로 영향을 받을 수 있습니다. 우주 관광객들 사이에서 잠재적인 생물 의학 및 건강 관리 개입 및 우주 합병증의 더 높은 위험과 우주 비행 전 우주 관광객의 건강 요구 사항과 관련된 안전 기준의 저하가 결합됩니다.
결론 및 향후 동향
단층에서만 세포 조직을 허용하는 고전적인 2D 문화와 비교하여 오르가노이드는 '진정한' 조직학적 구조 및 기관 기능을 더 자세히 요약하여 개발 중인 복잡한(3D) 인간 조직입니다. 바이오제조 기술과 결합될 때, 인간 오르가노이드는 서로 통신하는 다양한 생물학적 시스템의 복잡성을 추가로 포착할 수 있는 잠재력을 보유할 수 있습니다. 기능이 입증되면 더 복잡한 3D 체외에서 모델은 또한 인간의 유기체 수준에서 발생할 수 있는 것과 유사한 현재의 동물 모델보다 발전할 수 있는 잠재력을 보유할 수 있으며 우주와 지구 모두에서 비용이 많이 들고 동물의 복지와 희생에 대한 윤리적 우려와 관련이 있습니다. . 따라서 우리는 인간 오르가노이드가 이미 지구에서 제공하고 있기 때문에 우주 연구에 더욱 강력하고 강력한 의미를 가질 것으로 기대합니다. 따라서 2D 문화를 대체하고 동물 모델에 대한 연구를 대체하지는 않더라도 줄일 수 있습니다.
]. 세포 수준에서 노화는 복제 능력 감소와 세포 과정의 조절 장애를 수반합니다. 결과적으로 많은 생리적 기능이 손상되어 부정맥, 유산소 능력 감소 및 심장 위축을 초래하여 궁극적으로 심부전과 심방세동이라는 두 가지 주요 연령 관련 심장 병리를 초래합니다.
]. 더 먼 미래에 동일한 기술을 사용하여 지구상의 환자와 장기 우주 임무 중에 관련 조건을 개발하는 우주 여행자를 신속하게 치료하는 재생 의학 솔루션을 제작할 수도 있습니다.
,
]. 기성품인 미세전자기계식 프린트 헤드를 사용하여 이 기술을 (인간) 조직의 인쇄에 적용했습니다. 여러 연구자들이 이 접근법을 사용하여 단일 세포를 인쇄하고 있습니다.
] 및 세포 응집체 [
], 복잡한 조직의 인쇄가 [
] 그리고 결국 전체 장기의 [
,
] 기술적으로 우리가 도달할 수 있는 범위 내에 있습니다. 생물학적 구조물을 제작할 수 있는 여러 상업적으로 이용 가능한 적층 제조 기술에도 불구하고 [
,
], 이러한 시스템은 여전히 데카르트 좌표에서 움직이므로 조직 조직의 복잡성을 모방하는 능력이 제한됩니다. 보다 최근에는 감광성 하이드로겔을 사용한 체적 바이오프린팅이 도입되어 보다 복잡한 조직과 기하학적 구조를 달성했습니다.
,
]. 그러나 이 기술은 생체 적합성 감광성 하이드로겔의 광범위한 감마의 가용성으로 인해 여전히 제한적입니다.
,
]. 이러한 특수 조건으로 인해 바이오프린팅 중에 미세 중력에서 떠다니는 건물 요소를 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 동시에, 미세중력 조건은 중력의 제한 없이 더 역동적인 하이드로겔이 개발될 수 있는 생물물리학적 환경을 제공할 것입니다. 미세 중력 환경은 또한 우리가 현장의 영원한 질문에 답할 수 있게 해 줄 것입니다. 하이드로겔이 전혀 필요하지 않습니까? 아니면 조직과 미래의 장기에서 오르가노이드만으로 바이오프린트할 수 있습니까? 이것은 대답하기 쉬운 질문이 아닙니다. 하이드로겔은 처음에 2D에서 3D 바이오프린팅으로 이동하는 세포에 물리적 지원을 제공하기 위한 목적으로 바이오 잉크로 사용되었기 때문입니다. 그러나 최근 몇 년 동안 바이오잉크는 세포-세포외 기질(ECM) 미세 환경을 더 잘 요약할 수 있는 유익한 생물학적 신호를 포함하도록 점점 더 발전했습니다.
], 따라서 성형에서 생물학적 기능 지원으로 이동합니다. 이와 관련하여 자가 조립 및 초분자 원리를 사용하여 분자로 설계된 하이드로겔의 사용이 바이오잉크로서 제안되었으며 ECM의 다중 규모 계층 구조 및 역동성을 더 잘 요약하는 것으로 나타났습니다.
,
]. 그러나 이러한 하이드로겔은 종종 기존의 바이오잉크보다 더 유동적이며 지구의 중력 조건에서 처리하기가 더 어렵습니다. 우주에서 미세 중력 조건은 바이오프린팅 접근 방식 내에서 이러한 동적이고 분자적으로 설계된 바이오잉크의 통합을 촉진할 수 있으므로 더 높은 정밀도와 분자 다양성으로 바이오 제조가 가능합니다. 또한, 공간 미세중력의 체적 증착을 통해 다양한 오르가노이드가 공간에서 함께 모일 수 있는 방법을 제어할 수 있으므로 오르가노이드-오르가노이드 융합 및 조직 형태 형성을 더 잘 이해하기 위한 보다 기본적인 도구를 제공합니다. 궁극적으로 우주 환경은 3D의 생체 제조를 가능하게 합니다. 체외에서 노화가 가속화되는 생물물리학적 환경에서의 모델, 따라서 지구에서의 노화 또는 우리 지구인과 관련된 약물 개발 및 테스트를 위한 기능적 연구 환경도 제공합니다.
]. 제작이 가능합니다 임시 변통의 영양소와 현재 육류 가공에 대한 노력은 많은 추진력을 얻었습니다.
,
]. 음식 외에도 에너지 및 산소 생산과 같은 특정 특성을 가진 식물 형태의 생명체를 사용하는 것도 가능한 것으로 나타났습니다.
,
]. 궁극적으로, 우리는 3D를 만들기 위해 바이오 제조 기술의 사용을 예측할 수도 있습니다. 체외에서 한편으로는 우주에서 박테리아와 바이러스 감염을 연구하기 위한 모델이고, 다른 한편으로는 지구 종을 다른 행성으로 가져오는 위험을 이해하기 위해, 다른 한편으로는 새로운 행성에서 발견된 새로운 바이러스를 테스트하기 위해 먼 미래에 더 잘 준비할 수 있는 테스트베드 역할을 합니다. 행성(그림 3).
그림 3우주에서의 바이오 제조에 대한 비전.
이러한 기술은 우주 비행사가 심우주에서 직면하게 될 위험에 대해 심각하고 유연한 대응이 될 것이기 때문에 장기 우주 탐사 임무의 맥락에서 큰 희망을 줍니다. 공간 스트레스로 인한 여러 질병은 손상된 조직이나 기관을 대체할 수 있는 잠재적 능력으로 치료할 수 있습니다. 약해진 뼈와 근육도 치료해야 하며, 필요한 경우 3D 바이오프린트 이식편을 사용하여 교체해야 합니다.
공간 제약과 한계가 생물 제조 기술을 더욱 발전시키기 위한 새로운 '즉시 사용 가능한' 솔루션을 제공할 수 있습니까?
상자성 용액의 무독성 농도를 최소화하면서 우주에서 오가노이드로부터 인간 조직 및 장기의 신속한 생체 제작을 위한 자기 음향 바이오어셈블러를 개발할 수 있습니까?
자가 보고하는 방사선 민감성 세포 사멸 유전자를 가진 유전자 변형 세포로부터 방사선 민감성 '센티넬'로 작동하는 인간 오르가노이드를 조작하는 것이 가능합니까?
인간 오르가노이드의 생존 능력과 기능에 대한 비침습적이고 비파괴적인 생체 모니터링을 위한 자동화된 마이크로 장치를 개발하는 것이 가능합니까?
골수를 모방한 오르가노이드와 연결된 인간의 혈관화되고 관류된 조직 및 장기 특이적 미세조직(organ-on-a-chip)을 설계하고 개발하여 관련 방사선 유발 세포자멸사의 발병기전에서 혈관신생 및 혈관신생의 상대적 역할을 연구하는 것이 가능합니까? 우주에서 조직과 장기 위축?
상자성 매체의 농도가 낮고 무독성인 기능적이고 혈관화되고 관류 가능한 복잡한 인간 조직과 기관을 지구에서 신속하게 생물 제작할 수 있는 공간 덕분에 레이저 자기 음향 바이오어셈블러를 개발할 수 있습니까?
인간 오가노이드와 바이오제조 기술의 조합이 단일 오가노이드로는 불가능하고 동물 모델로 표현되지 않는 유기체 복잡성 수준에 도달할 수 있습니까?
우리는 하이드로겔이 전혀 필요하지 않거나 오르가노이드만으로 조직과 미래의 장기를 바이오프린트할 수 있습니까?
어떻게 생물 제작된 구조물을 우주선에서 몇 달 또는 몇 년 동안 보존할 수 있습니까?
감사의
이해 관계 선언
관심 사항이 선언되지 않았습니다.
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용어사전
혈관 신생
기존 혈관의 성장 및 발아에 의한 새로운 혈관 형성.
동맥 형성
구조적 확대 및 기존의 작은 세동맥을 더 큰 혈관으로 개조하는 과정.
바이오 어셈블리
세포 구동 자체 조직화를 통해 생성된 미리 형성된 세포 함유 제조 단위의 자동화된 조립을 통해 또는 일반적으로 미세 가공된 금형 또는 미세유체학.
바이오 패브리 케이션
생체 인쇄 또는 생체 조립 및 후속 조직 성숙 과정을 통해 살아있는 세포, 생체 활성 분자, 생체 재료, 미세 조직과 같은 세포 응집체 또는 하이브리드 세포 재료 구성으로부터 구조적 조직을 가진 생물학적 기능 제품의 자동화된 생성.
바이오잉크
바이오프린팅 기술을 사용하여 처리된 재료(들) 및 생물학적 분자 또는 세포의 제형.
생체 물질
조직이나 기관 및 그 기능을 대체, 복원 또는 재생하기 위해 의료 기기 또는 첨단 치료 의약품(일부)으로 사용되는 재료.
바이오프린팅
재생 의학, 약동학 및 기본 세포 생물학 연구와 관련된 생물 공학 구조를 생성하기 위해 규정된 2D 또는 3D 조직을 사용하여 생물 및 무생물 재료의 패턴화 및 조립을 위한 컴퓨터 지원 전송 프로세스. 이러한 맥락에서, 세포가 조직 모방 또는 조직 유사체 구조로 발달하도록 지시하거나 유도할 수 있는 3D 스캐폴드의 적층 제조.
센티넬
화학적 세포독성 또는 방사선 노출에 대해 보고할 수 있는 능력이 내장된 오르가노이드는 일반적으로 형광성 신호로 쉽게 감지할 수 있습니다.
구성
장기는 인체의 단순한 구성 요소로 간주됩니다.
유도만능줄기세포(iPS)
전사 인자의 이소성 발현을 통해 분화된 모든 세포 유형에서 유래한 만능 세포. 원래, Shinya Yamanaka가 보고한 대로 Oct4, Sox2, Klf4 및 C-Myc의 레트로바이러스 발현을 통해. 그 이후로 iPS 세포를 생성하는 다른 조합 및 방법이 개발되었습니다.
자기 음향 바이오 어셈블리
보다 전통적인 고체 스캐폴드 또는 스캐폴드와 같은 하이드로겔 및 바이오닉스 대신 '스캐필드'로 물리적 필드를 사용하여 3D 조직 및 기관의 신속한 형성 생물 제작.
미세 중력
살아있는 물질이나 물체가 무중력 상태에 있는 상태.
비침습 및 비파괴 생체 모니터링
파괴와 침입 없이 오르가노이드의 생존 가능성과 기능을 추정하는 방법.
오가 노이드
줄기세포로부터 자가 발달하여 성숙한 장기/줄기세포로부터 조직학적, 기능적 특성을 가지고 있는 3차원 미세조직과 이들의 자기 발달 및 자기 분화
만능 세포
모든 생식층(내배엽, 중배엽 및 외배엽) 및 생식계열을 분화할 수 있지만 배아 외 조직은 분화할 수 없는 세포(예: 내부 세포 덩어리, 배아 줄기 세포, 배아 생식 세포, 표피 줄기 세포, iPS 세포).
방사선 감수성 조직
일반적으로 방사선에 노출된 후 사망하는 고도로 증식하는 조직 및 기관.
재생 의학
공학과 생명 과학 사이의 인터페이스는 조직 및 기관을 복구하거나 대체하기 위해 생체 재료, 약물 또는 유전자와 함께 살아있는 세포의 특성을 이용합니다.
비계
조직 공학에서 임시 및 제거 가능한(일반적으로 생분해성) 지지대.
자기보고 유전자
일반적으로 비침습 및 비파괴 형광 현미경을 사용하여 세포 생존 및 기능의 발현을 가능하게 하는 GFP 단백질 유전자로 표지됩니다.
우주 방사선
우주 복사 환경에는 태양 플레어 및 코로나 질량 방출 동안 방출되는 에너지가 넘치는 태양 입자와 전자(2%), 양성자(85%), 헬륨 핵(12%) 및 더 무거운 이온으로 구성된 은하계 우주선이 포함됩니다. 고에너지 및 고전하 입자(HZE, 1%)라고 합니다.
회전 타원체
일반적으로 세포 현탁액이 배지 방울에 침전되도록 하여 형성되는 구형 모양의 세포 클러스터.
혈관화
혈관 신생, 혈관 신생 및 동맥 형성.
혈관신생
드 노보 내피 전구 세포에 의한 혈관 형성.
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온라인 게시: 17년 2021월 XNUMX일
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