俄羅斯宇航員太空生物3D打印進(jìn)展

俄羅斯的生物3D打印公司3D Bioprinting Solutions通過自己設(shè)計(jì)的太空生物打印機(jī)Organ.Aut進(jìn)行了一系列獨(dú)特的軌道實(shí)驗(yàn)。它是2018年向國際空間站（ISS）發(fā)射的世界上第一臺空間生物打印機(jī)，此后，該設(shè)備已用于對多個組織進(jìn)行生物打印，包括首次使用不斷增長的骨骼結(jié)構(gòu)碎片對空間中的骨組織進(jìn)行3D生物打印。并在零重力下進(jìn)行高分子量蛋白質(zhì)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。

2020年4月16日，南極熊從外媒獲悉，空間站站的俄羅斯宇航員正在使用該機(jī)器生產(chǎn)小鼠的骨組織，這些樣本隨后將被送到地球進(jìn)行仔細(xì)檢查，并最終作為實(shí)驗(yàn)的一部分植入到活體小鼠中。

3D Bioprinting Solutions正在嚴(yán)格按照計(jì)劃在地球和太空中進(jìn)行科學(xué)研究，而沒有任何延誤，盡管封鎖已使世界上很大一部分人留在家中以避免COVID-19病毒的傳播。沿著這些思路，他們還宣布，他們的科學(xué)家已經(jīng)準(zhǔn)備了一批新的小容器或比色皿，并按照所有必要的預(yù)防措施，于4月初安全地運(yùn)送到了ISS。此外，4月11日，太空船員報告說，該實(shí)驗(yàn)的第一階段已經(jīng)完成，并且打印了新的骨組織構(gòu)造。

一批比色皿準(zhǔn)備好交付給國際空間站（圖片：3D Bioprinting Solutions）

該計(jì)劃是在微重力條件下對骨骼組織結(jié)構(gòu)的打印和重結(jié)晶進(jìn)行新的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。該公司聲稱，它與以前的Organ. Auto的獨(dú)特性和根本區(qū)別在于，太空中打印的骨組織成分隨后將被用于移植到地球上的實(shí)驗(yàn)動物中。因此，來自3D Bioprinting Solutions的科學(xué)家將為太空生物醫(yī)學(xué)邁出根本性的新一步，因?yàn)樗麄儨?zhǔn)備了世界上首次將太空材料從重結(jié)晶的磷酸鈣顆粒移植到有骨骼缺陷的實(shí)驗(yàn)動物中。

3D Bioprinting Solutions聯(lián)合創(chuàng)始人兼執(zhí)行合伙人Yusef Khesuani表示：“即使面對流行病的嚴(yán)峻形勢和全面的邊境封鎖，我們的團(tuán)隊(duì)也能夠及時為新實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備，現(xiàn)在我們很期待能夠研究其結(jié)果，我們?yōu)榇烁械阶院馈?

雖然以前的Organ.Aut會議是對生物器官在太空中進(jìn)行生物打印的主要證明，但這項(xiàng)新的正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)旨在展示使用空間生物打印機(jī)制造的獨(dú)特材料進(jìn)行活體動物和動物移植的可能性。隨后用于治療人類患者。未來，該公司希望這項(xiàng)新技術(shù)將使宇航員的骨植入物得到發(fā)展，并能夠直接在太空飛行期間協(xié)助進(jìn)行移植，尤其是計(jì)劃中的即將進(jìn)行的遠(yuǎn)距離行星際探險。

Organ.Aut 3D生物打印機(jī)（圖片：3D Bioprinting Solutions）

此外，該公司聲稱，在飛往火星的載人飛行（預(yù)計(jì)到2025年將著陸）或未來月球基地的整個潛在人類工作中，宇航員將被長期隔離，在這種情況下，醫(yī)療可能會成為問題。因此，他們希望有必要創(chuàng)造一種新的空間生物醫(yī)學(xué)手段，以幫助人體在零重力下形成人體組織，以便他們在生病或受傷時可以將它們移植到宇航員身上。

去年，來自3D Bioprinting Solutions的俄羅斯科學(xué)家已經(jīng)設(shè)法在零重力下在太空中生長出骨骼結(jié)構(gòu)的碎片。在航天器上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程中，組織樣本是用磷酸鈣陶瓷制成的，其中裝有活細(xì)胞，這些目前正在地球上進(jìn)行全面研究。

這意味著俄羅斯科學(xué)家已通過在國際空間站上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，接近解決骨骼問題。目前，3D生物打印解決方案專家已經(jīng)設(shè)法解決了使用生物制造技術(shù)來處理材料的艱巨任務(wù)，其中涉及人工創(chuàng)建生物物體。他們的第一批產(chǎn)品于2019年8月22日向國際空間站發(fā)射。在隨后的實(shí)驗(yàn)中，宇航員使用了Organ.Aut生物打印機(jī)，該打印機(jī)可對組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D組裝。

用于太空的Organ.Aut生物打印機(jī)（圖片：3D Bioprinting Solutions）

該專用設(shè)備是為執(zhí)行世界上第一個打印活體組織的實(shí)驗(yàn)而開發(fā)的，已于2018年12月3日運(yùn)抵載人聯(lián)盟號MS-11航天器，送入了空間站。它在零重力條件下使用磁懸浮技術(shù)，因此，該對象不是像傳統(tǒng)3D打印機(jī)那樣分層創(chuàng)建，而是根據(jù)對雪球建模的原理完成的。使用這種生產(chǎn)方法，俄羅斯宇航員設(shè)法用陶瓷顆粒形成了球形的骨組織碎片。之后，片段開始彼此相互作用，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。然后，成骨的活細(xì)胞均勻地分布在球體的表面，隨后形成了組織工程化的結(jié)構(gòu)。

2019年10月2日，先前描述的樣本成功到達(dá)地球，并保持了其完整性和特性。目前，科學(xué)家們對它們進(jìn)行了詳細(xì)的研究，他們確認(rèn)所得的材料具有很高的生物活性，這將使它們在未來的最短時間內(nèi)產(chǎn)生骨骼組織。這個新項(xiàng)目是3D Bioprinting Solutions計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃將繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以在眼眶中生長組織。特別是，他們計(jì)劃逐漸使骨骼的形狀變得更復(fù)雜，使其更接近原始骨骼的生物學(xué)特征。

隨著Organ.Aut太空漫游的進(jìn)行，該公司繼續(xù)進(jìn)行使用生物材料制造零重力組織的項(xiàng)目，至少到現(xiàn)在，這項(xiàng)新技術(shù)將證明太空生物醫(yī)學(xué)可以走多遠(yuǎn)。該公司的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)骨科植入物的生長，以用于宇航員的移植手術(shù)，而無需他們返回地球。從這個意義上講，該公司正在迅速采取行動，采取一切必要的預(yù)防措施繼續(xù)他們的工作，并尋找方法來解決人類最終到達(dá)月球或其他行星后從長遠(yuǎn)來看可能會出現(xiàn)的一些主要問題�？雌饋硭坪鹾苓b遠(yuǎn)，但是開始著手解決意外情況的潛在解決方案永遠(yuǎn)不會太早。太空探索可能是人類有史以來最具挑戰(zhàn)性的活動。


編譯自：3dprint