國(guó)際空間站將接收新型生物打印機(jī)，用于太空在軌 3D 打印研究

2024年9月2日，南極熊獲悉，芬蘭生物打印公司Brinter AM Technologies Oy宣布將向國(guó)際空間站(ISS) 發(fā)射一款Brinter Core 3D 生物打印機(jī)。

Redwire Space NV將成為Brinter生物打印機(jī)的終端用戶，這家太空系統(tǒng)制造商正在領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)由歐洲航天局資助的項(xiàng)目，旨在設(shè)計(jì)、開發(fā)和驗(yàn)證國(guó)際空間站的 3D 生物系統(tǒng)設(shè)施。

經(jīng)過改裝后，Brinter Core 將能夠 3D 打印在軌 3D 生物樣本，并滿足嚴(yán)格的太空技術(shù)要求。該系統(tǒng)將集成到位于國(guó)際空間站哥倫布艙的 3D-BioSystem 設(shè)施中。   

一旦進(jìn)入低地球軌道 (LEO)，國(guó)際空間站人員將使用 Brinter Core 測(cè)試微重力對(duì) 3D 打印細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響。這項(xiàng)研究旨在提高對(duì)如何應(yīng)對(duì)太空健康緊急情況的認(rèn)識(shí)。它還將探索個(gè)性化藥物開發(fā)測(cè)試、毒理學(xué)和 3D 打印身體部位。  

Brinter AM Technologies Oy 首席執(zhí)行官托米·卡爾皮奧 (Tomi Kalpio) 評(píng)論道：“生物打印技術(shù)在支持太空醫(yī)療和提高機(jī)組人員在長(zhǎng)期任務(wù)中的自主性方面具有巨大潛力�！�

他補(bǔ)充說，宇航員可以在治療皮膚燒傷或骨骼損傷時(shí)使用生物打印機(jī)“創(chuàng)建類似組織的結(jié)構(gòu)來替代身體受損的部位”。

△國(guó)際空間站上的 Redwire 生物制造設(shè)施。照片來自 Redwire。

新型生物打印機(jī)支持國(guó)際空間站研究  

Brinter表示，太空中 3D 打印細(xì)胞結(jié)構(gòu)將在支持人類太空探索方面發(fā)揮重要作用。長(zhǎng)期和遠(yuǎn)距離任務(wù)將需要新技術(shù)來治療嚴(yán)重的健康狀況，因?yàn)榧皶r(shí)返回地球可能不是一種最便捷的選擇。

卡爾皮奧表示：“在長(zhǎng)期深空探索任務(wù)中，需要用更少的資源做更多的事情，才能在充滿挑戰(zhàn)的太空環(huán)境中發(fā)揮作用，因此各種技術(shù)元素都需要進(jìn)行優(yōu)化和小型化”。

該公司認(rèn)為，將細(xì)胞或組織特異性生物材料與不同細(xì)胞類型和高分辨率 3D 生物打印相結(jié)合可以改善組織和器官建模方法。該研究還將有助于加深對(duì)組織生成、再生和壽命的生物物理機(jī)制的理解。  

太空和低地球軌道的低重力條件也為研究 3D 生物打印結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)新環(huán)境，這些結(jié)構(gòu)可以發(fā)育成組織和更大的器官。在微重力環(huán)境中，細(xì)胞表現(xiàn)出空間不受限制的生長(zhǎng)，并組裝成復(fù)雜的 3D 聚集體。然而，在地球上，細(xì)胞通常在 2D 單層培養(yǎng)中生長(zhǎng)。   

微重力環(huán)境還具有消除 3D 打印過程中支撐結(jié)構(gòu)需求的優(yōu)勢(shì)。在低地球軌道上，可以 3D 打印出在生長(zhǎng)過程中無需承受重量的結(jié)構(gòu)。

收到生物打印機(jī)后，國(guó)際空間站團(tuán)隊(duì)將培養(yǎng) 3D 打印細(xì)胞、類器官、組織外植體和 3D 細(xì)胞基質(zhì)。這將提供一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來評(píng)估微重力、輻射和其他太空飛行因素對(duì)人體組織的影響。這包括骨骼、軟骨、上皮間充質(zhì)、血管網(wǎng)絡(luò)以及最終的完整器官。  

據(jù)報(bào)道，基于微重力的 3D 打印生物模型將在實(shí)現(xiàn)具有血管和神經(jīng)支配的可行且功能齊全的 3D 打印組織方面發(fā)揮重要作用。該研究旨在促進(jìn)對(duì)有效生物工程和生物制造過程的理解，并優(yōu)化細(xì)胞和組織工程技術(shù)。

展望未來，Brinter 團(tuán)隊(duì)正在努力邁出月球 3D 生物打印的下一步。  

△Brinter Core 生物打印機(jī)。照片來自Brinter

在軌 3D 打印

Brinter Core 系統(tǒng)將成為最新向國(guó)際空間站發(fā)射的生物打印機(jī)。過去幾年，增材制造公司、學(xué)術(shù)研究人員和商業(yè)企業(yè)已將 3D 打印技術(shù)送往微重力條件下進(jìn)行測(cè)試。  

去年，Redwire 利用生物制造設(shè)施在國(guó)際空間站成功生產(chǎn)了3D 生物打印的人體膝蓋半月板。3D 打印的半月板隨后搭乘SpaceX的 Crew-6 任務(wù) 返回地球進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3D 打印完成后，半月板在國(guó)際空間站Redwire 的高級(jí)太空實(shí)驗(yàn)處理器 (ADSEP) 中培養(yǎng)14 天。NASA宇航員Frank Rubio、Warren Hoburg 和 Stephen Bowen 與阿聯(lián)酋宇航員 Sultan Al Neyadi 一起進(jìn)行了這項(xiàng)調(diào)查。據(jù)說這項(xiàng)成就為太空中半月板損傷的治療開辟了更好的方法，半月板損傷是美國(guó)軍人最常見的損傷之一。  

2023 年，比利時(shí)的五家公司和研究中心還合作3D 打印人工心臟和循環(huán)系統(tǒng)，并將于 2025 年送往國(guó)際空間站。

作為 AstroCardia 項(xiàng)目的一部分，研究人員希望將微型心臟送入軌道，以便更好地研究該器官的衰老過程。這是因?yàn)樵诹阒亓�條件下，心臟的衰老速度會(huì)快 20 倍。

除了生物打印之外，法國(guó)金屬 3D 打印專家AddUp 還根據(jù) ESA 合同開發(fā)了一款專為太空 3D 打印而設(shè)計(jì)的金屬 3D 打印機(jī)。該系統(tǒng)由該公司與空中客車防務(wù)與航天公司聯(lián)合開發(fā)，旨在評(píng)估增材制造在持續(xù)微重力條件下的能力和性能。