太空實驗：科研人員首次向國際空間站送去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）計劃通過國際空間站（ISS）的第21次補給任務(wù)（NG-21）向太空發(fā)射3D打印的肝細胞樣本，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，這項研究由再生醫(yī)學先驅(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)學研究所（WFIRM）的團隊合作開展，旨在探索太空獨特的環(huán)境是否有助于改善復(fù)雜組織的生長和發(fā)育。

NG-21任務(wù)預(yù)計于2024年8月3日發(fā)射，將向國際空間站運送920公斤的科學實驗和補給品。這個項目由美國國家航空航天局（NASA）、國際空間站國家實驗室以及率先在太空中進行3D打印的Redwire公司支持。其中，3D打印肝臟組織的研究將評估微重力環(huán)境對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，使用一個腔室來容納打印組織并測試灌注情況

該項目的啟動是基于2016年NASA血管組織挑戰(zhàn)賽的成功經(jīng)驗。挑戰(zhàn)賽的目標是科學家們制造出能夠在體外存活至少30天的厚實血管組織。這項挑戰(zhàn)賽于2021年結(jié)束，維克森林大學的兩支隊伍成為了獲勝者。第一支隊伍不僅贏得了30萬美元的獎金，還獲得了在國際空間站上推進研究的機會。

△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)造的流動室與灌注系統(tǒng)相連

3D打印肝臟將飛入太空

肝臟是一個特別難以復(fù)制的器官，因為它體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、血管網(wǎng)絡(luò)廣泛。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，WFIRM團隊使用數(shù)字光投影（DLP）打印機創(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)被植入細胞以實現(xiàn)長期功能，使組織能夠長時間維持自身。

Atala表示，一旦3D打印的肝臟組織結(jié)構(gòu)進入太空，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。研究人員將有機會在微重力下研究組織結(jié)構(gòu)，這可能會導(dǎo)致細胞形狀、大小、體積和粘附特性的變化。

△設(shè)計陀螺結(jié)構(gòu)

太空的3D打印測試項目

這項名為“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個實驗?zāi)�塊，每個模塊包含三個組織樣本。這些模塊是專門的容器，配備了營養(yǎng)輸送、溫度控制和廢物清除系統(tǒng)，以確保組織樣本在實驗期間保持活力。

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

科研人員將使用在軌MVP設(shè)施進行環(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前往國際空間站，用于開展研究項目，包括涉及人工重力和各種樣本類型的環(huán)境控制的項目。

△多用途可變重力平臺 (MVP) 設(shè)施最多可容納12個科學模塊

實驗包括從動力載體中取出并打開模塊，以便安裝新的培養(yǎng)基袋。一旦模塊進入MVP設(shè)施并啟動自動泵時間表，36個組織樣本將在十天內(nèi)進行處理。

△六個模塊配置在動力載體中，用于上升。載體在放入冷袋中時，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個實驗?zāi)�塊將從MVP設(shè)施中移除，進行機組操作，其中4個生物室裝有組織樣本，固定并放入冷藏室，并從每個樣本中收集培養(yǎng)基樣本。剩余八個模塊中的培養(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 (MVP) 細胞實驗?zāi)�塊。12個模塊運行，每個模塊容納三個用于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生物室。最后，在第30天移除、固定并存放剩余四個生物室。這個過程旨在展示在微重力條件下，不同時間點組織的進展和發(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。其中一個顯著的成就是成功開發(fā)出實驗室培育的膀胱，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，減少對捐贈器官的依賴，從而推動再生醫(yī)學和生物打印技術(shù)的發(fā)展。

Atala指出：“制造組織和器官的能力代表了該領(lǐng)域的一大進步。我們迫切希望加快這項技術(shù)的發(fā)展。WFIRM擁有一支優(yōu)秀的團隊，專注于將這項技術(shù)從實驗室推廣到臨床應(yīng)用。太空環(huán)境為我們提供了一個額外的維度，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)將于美國東部時間2024年8月3日星期六上午11:10開始。