太空實(shí)驗(yàn)：科研人員首次向國(guó)際空間站送去3D打印的肝臟組織樣本

導(dǎo)讀：軍火巨頭諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman）計(jì)劃通過國(guó)際空間站（ISS）的第21次補(bǔ)給任務(wù)（NG-21）向太空發(fā)射3D打印的肝細(xì)胞樣本,，以研究其在微重力環(huán)境中的行為和功能,。

2024年8月2日，南極熊獲悉,，這項(xiàng)研究由再生醫(yī)學(xué)先驅(qū)Anthony Atala和生物打印專家James Yoo領(lǐng)導(dǎo),，與威克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）的團(tuán)隊(duì)合作開展，旨在探索太空獨(dú)特的環(huán)境是否有助于改善復(fù)雜組織的生長(zhǎng)和發(fā)育,。

NG-21任務(wù)預(yù)計(jì)于2024年8月3日發(fā)射,，將向國(guó)際空間站運(yùn)送920公斤的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和補(bǔ)給品。這個(gè)項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）,、國(guó)際空間站國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以及率先在太空中進(jìn)行3D打印的Redwire公司支持,。其中，3D打印肝臟組織的研究將評(píng)估微重力環(huán)境對(duì)血管化肝臟組織形成和維持的影響,。

△NASA血管組織挑戰(zhàn)賽的第一名,，使用一個(gè)腔室來容納打印組織并測(cè)試灌注情況

該項(xiàng)目的啟動(dòng)是基于2016年NASA血管組織挑戰(zhàn)賽的成功經(jīng)驗(yàn)。挑戰(zhàn)賽的目標(biāo)是科學(xué)家們制造出能夠在體外存活至少30天的厚實(shí)血管組織,。這項(xiàng)挑戰(zhàn)賽于2021年結(jié)束,，維克森林大學(xué)的兩支隊(duì)伍成為了獲勝者。第一支隊(duì)伍不僅贏得了30萬美元的獎(jiǎng)金,，還獲得了在國(guó)際空間站上推進(jìn)研究的機(jī)會(huì),。

△該飛行前圖像顯示 A) 生物打印的血管化構(gòu)造，其螺旋狀設(shè)計(jì)由相互連接的通道組成,。B) 生物打印的人類肝臟組織構(gòu)造,。C) 包含組織構(gòu)造的流動(dòng)室與灌注系統(tǒng)相連

3D打印肝臟將飛入太空

肝臟是一個(gè)特別難以復(fù)制的器官，因?yàn)樗�體積大,、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、血管網(wǎng)絡(luò)廣泛。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),，WFIRM團(tuán)隊(duì)使用數(shù)字光投影（DLP）打印機(jī)創(chuàng)建了3D打印組織塊,，這些組織塊與肝臟的自然結(jié)構(gòu)非常相似,。利用這項(xiàng)技術(shù)復(fù)制了肝臟組織的螺旋狀結(jié)構(gòu)，從而可以加入功能性血管通道,。然后,，這些結(jié)構(gòu)被植入細(xì)胞以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期功能，使組織能夠長(zhǎng)時(shí)間維持自身,。

Atala表示,，一旦3D打印的肝臟組織結(jié)構(gòu)進(jìn)入太空，他們希望更多地了解這些組織在微重力環(huán)境中的表現(xiàn),。微重力可能會(huì)改善大型生物打印組織和器官的發(fā)育和成熟,。由于與血管化相關(guān)的挑戰(zhàn)，這些組織和器官在地球上難以維持,。研究人員將有機(jī)會(huì)在微重力下研究組織結(jié)構(gòu),，這可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞形狀、大小,、體積和粘附特性的變化,。

△設(shè)計(jì)陀螺結(jié)構(gòu)

太空的3D打印測(cè)試項(xiàng)目

這項(xiàng)名為“零重力條件下血管化肝組織構(gòu)建體成熟”（MVP Cell-07）的太空研究包括12個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊，每個(gè)模塊包含三個(gè)組織樣本,。這些模塊是專門的容器,，配備了營(yíng)養(yǎng)輸送、溫度控制和廢物清除系統(tǒng),，以確保組織樣本在實(shí)驗(yàn)期間保持活力,。

△多用途可變重力平臺(tái) (MVP) 可以在兩種不同的重力條件下運(yùn)行，范圍從微重力到2g

科研人員將使用在軌MVP設(shè)施進(jìn)行環(huán)境控制,。MVP設(shè)施由Techshot（現(xiàn)為Redwire的一部分）開發(fā),，于2018年4月搭乘SpaceX CRS-14前往國(guó)際空間站，用于開展研究項(xiàng)目,，包括涉及人工重力和各種樣本類型的環(huán)境控制的項(xiàng)目,。

△多用途可變重力平臺(tái) (MVP) 設(shè)施最多可容納12個(gè)科學(xué)模塊

實(shí)驗(yàn)包括從動(dòng)力載體中取出并打開模塊，以便安裝新的培養(yǎng)基袋,。一旦模塊進(jìn)入MVP設(shè)施并啟動(dòng)自動(dòng)泵時(shí)間表,，36個(gè)組織樣本將在十天內(nèi)進(jìn)行處理。

△六個(gè)模塊配置在動(dòng)力載體中,，用于上升,。載體在放入冷袋中時(shí)，有助于將培養(yǎng)基灌注到組織中,，為MVP Cell-07設(shè)施保持約37°C的溫度

第10天,，12個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊將從MVP設(shè)施中移除，進(jìn)行機(jī)組操作，其中4個(gè)生物室裝有組織樣本,，固定并放入冷藏室，并從每個(gè)樣本中收集培養(yǎng)基樣本,。剩余八個(gè)模塊中的培養(yǎng)基袋更換,，并重新安裝到MVP設(shè)施中。

△圖中顯示了多用途可變重力平臺(tái) (MVP) 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)?zāi)�塊,。12個(gè)模塊運(yùn)行,，每個(gè)模塊容納三個(gè)用于MVP Cell-07調(diào)查的樣本條件

第20天，再移除,、固定并冷藏另外四個(gè)生物室,。最后，在第30天移除,、固定并存放剩余四個(gè)生物室,。這個(gè)過程旨在展示在微重力條件下，不同時(shí)間點(diǎn)組織的進(jìn)展和發(fā)育情況,。

△3D打印組織示意

未來可能產(chǎn)生的潛在影響

在過去幾十年中,，Atala和Yoo在WFIRM的3D打印組織和器官領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。他們利用生物打印技術(shù)成功制造了多種不同的組織,，包括血管,、心臟瓣膜，甚至微型器官,。其中一個(gè)顯著的成就是成功開發(fā)出實(shí)驗(yàn)室培育的膀胱,，并成功植入患者體內(nèi)。他們的工作旨在通過創(chuàng)造功能性,、可移植的組織和器官,，減少對(duì)捐贈(zèng)器官的依賴，從而推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)和生物打印技術(shù)的發(fā)展,。

Atala指出：“制造組織和器官的能力代表了該領(lǐng)域的一大進(jìn)步,。我們迫切希望加快這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。WFIRM擁有一支優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì),，專注于將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推廣到臨床應(yīng)用,。太空環(huán)境為我們提供了一個(gè)額外的維度，有助于在地球上更有效地制造組織,。我們相信這將有助于降低成本,、擴(kuò)展技術(shù)規(guī)模，并加速這些技術(shù)在地球和太空中的應(yīng)用,�,！�

NASA的發(fā)射任務(wù)將于美國(guó)東部時(shí)間2024年8月3日星期六上午11:10開始。