国际空间站上的生物打印：俄罗斯在太空中3D打印软骨

魔猴君  行业资讯   1397天前

您可能想知道空间3D打印的意义是什么？毕竟，这不是我们刷抖音这么简单的事情，而是花费其他更有价值的时间进行与遥远星系有关的实验吗？尽管NASA确实着眼于太空研究和即将到来的旅行（如火星之类的旅行），但国际空间站（ISS）的实际目的是在进行科学研究时利用失重环境。随着科学家进一步沉浸于组织工程和试验维持细胞的方法中，零重力为学习更多和完善生物打印提供了理想的环境。

现在，俄罗斯宇航员奥列格·科农年科（Oleg Kononenko）已在国际空间站上对软骨进行了生物印制，为太空旅行者提供了至关重要的价值，因为该技术可以为治疗星际损伤提供最终的急救方法。

Oleg Kononenko使用了莫斯科公司3D Bioprinting Solutions开发的一种新型的“无支架”组织工程方法，该方法使用磁场。

这种被称为“悬浮生物组装”的方法，也可能为太空再生医学的发展铺平道路，这种医学可用于长途太空旅行，因为宇航员和宇航员可能要离开地球几个月或几年。他们使用了定制的生物组装器。为了避免创建支架时遇到的典型挑战，Kononenko依靠磁场的作用来实现微重力下细胞的自组装。该方法不仅在组织工程领域总体上令人鼓舞，而且悬浮生物组装还为太空再生医学提供了巨大的潜力，如果太空旅行者受伤，并且长时间不返回地球，这可能是必要的。

将组织细胞放入温度可控的腔室中以释放软骨细胞，然后将比色皿放入磁性生物组装器中，以开始构建组织，如该图像所示

由于有关微重力对人体软骨的影响的实验可能非常昂贵，因此以前仅进行了两项研究-成功地在支架等结构上生长细胞。在最近发表的《太空中3D组织构造的磁悬浮生物组装》中概述的这项研究中，俄罗斯研究人员意识到了使用磁悬浮生物组装的潜在问题-主要集中于细胞毒性问题，因为generally（Gd3 +）螯合物通常用于此类物质工作。

“从理论上讲，有三种可能的方法可以减少顺磁介质的不良毒性作用：（i）开发低毒的Gd3 +盐或其他顺磁介质，（ii）在高磁场中进行悬浮生物组装，以及（iii）进行磁悬浮在微重力条件下进行生物组装。”作者解释说。

（A）在热可逆的非粘性水凝胶中充填软骨球的小方舟，具有顺磁性gadobutrol的培养基和固定液（福尔马林）。 （B）在ISS上进行的实验的主要阶段：通过冷却到15°C来激活比色杯，在37°C磁性制造3D组织构建体，然后进行固定。 （C）将比色皿运回地球。 （照片来源：Vladislav A. Parfenov和Frederico DAS Pereira，俄罗斯莫斯科生物技术研究实验室“ 3D生物打印解决方案”。）

对于这项工作，他们使用COMSOL软件创建了无毒的Gd3 +-螯合物浓度，以创建必要磁场的模型，并成功地将生物组装与其准备的计算公式“很好地吻合”。在实验过程中需要两个阶段，包括磁场的配置（在ISS的环境温度下进行），然后研究组织球体在逐渐稳定成实际3D组织时的融合。

（A）安装在磁性生物组装器中的磁体系统。 （B）磁铁系统产生的磁场。 （C）构造装配过程的建模。 （D）组装后构造物的建模形状。 （E）作为加多布特罗浓度和温度的函数的构建体组装的动力学。 （图片来自“太空中3D组织构造的磁悬浮生物组装”）

这组作者解释说：“根据数学模型，组织球体融合的完整性水平高于50％，在某些碎片中，它达到了可能压实的90％以上。考虑到这一点，我们可以假设延长生物制造时间将能够使软骨球完全融合成单个3D组织构造。”

（A）太空中磁性生物组装机内部构建体组装的延时照片。 （B）使用“ Surface Evolver”软件将软骨球融合成3D结构的计算机模拟。 （C）在空间中进行生物组装的实际顺序步骤；延时录像的快照。 （D）组装的3D构造的宏观摄影返回地球。 （E）在空间实验中组装的3D组织构建体的组织学[苏木精和曙红（HE）染色]和免疫组织化学[增殖标志物Ki-67和凋亡标志物caspase-3（Casp-3）]。 （照片来源：美国宾夕法尼亚州塞林斯格罗夫市萨斯奎汉纳大学的Kenn Brakke；俄罗斯莫斯科生物技术研究“ 3D生物打印解决方案”实验室的Elizaveta Koudan。）

点评：在宇航员和宇航员被迫自我维持时，必须考虑诸如疾病或伤害之类的问题，并且由于能够在没有脚手架的情况下再生骨骼或其他组织，因此可以避免四肢或死亡。导致“太空医学”的出现，这种突破可能意味着载人，长期太空旅行会取得更大的成功。