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（NG-21）向太空發射3D打印的肝細胞樣本，以研究其在微重力環境中的行為和功能。

2024年8月2日，南極熊獲悉，這項研究由再生醫學先驅Anthony Atala和生物打印專家James Yoo領導，與威克森林再生醫學研究所（WFIRM）的團隊合作開展，旨在探索太空獨特的環境是否有助于改善復雜組織的生長和發育。

NG-21任務預計于2024年8月3日發射，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境對血管化肝臟組織形成和維持的影響。

該項目的啟動是基于2016年NASA血管組織挑戰賽的成功經驗。挑戰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。這項挑戰賽于2021年結束，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。

3D打印肝臟將飛入太空

肝臟是一個特別難以復制的器官，因為它體積大、結構復雜、血管網絡廣泛。為了應對這些挑戰，WFIRM團隊使用數字光投影（DLP）打印機創建了3D打印組織塊，這些組織塊與肝臟的自然結構非常相似。利用這項技術復制了肝臟組織的螺旋狀結構，從而可以加入功能性血管通道。然后，這些結構被植入細胞以實現長期功能，使組織能夠長時間維持自身。

Atala表示，一旦3D打印的肝臟組織結構進入太空，他們希望更多地了解這些組織在微重力環境中的表現。微重力可能會改善大型生物打印組織和器官的發育和成熟。由于與血管化相關的挑戰，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構，這可能會導致細胞形狀、大小、體積和粘附特性的變化。

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建體成熟”（MVP Cell-07）的太空研究包括12個實驗模塊，每個模塊包含三個組織樣本。這些模塊是專門的容器，配備了營養輸送、溫度控制和廢物清除系統，以確保組織樣本在實驗期間保持活力。

科研人員將使用在軌MVP設施進行環境控制。MVP設施由Techshot（現為Redwire的一部分）開發，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境控制的項目。

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

第10天，12個實驗模塊將從MVP設施中移除，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基樣本。剩余八個模塊中的培養基袋更換，并重新安裝到MVP設施中。

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育情況。

未來可能產生的潛在影響

在過去幾十年中，Atala和Yoo在WFIRM的3D打印組織和器官領域取得了重大進展。他們利用生物打印技術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出實驗室培育的膀胱，并成功植入患者體內。他們的工作旨在通過創造功能性、可移植的組織和器官，減少對捐贈器官的依賴，從而推動再生醫學和生物打印技術的發展。

Atala指出：“制造組織和器官的能力代表了該領域的一大進步。我們迫切希望加快這項技術的發展。WFIRM擁有一支優秀的團隊，專注于將這項技術從實驗室推廣到臨床應用。太空環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、擴展技術規模，并加速這些技術在地球和太空中的應用。”

NASA的發射任務將于美國東部時間2024年8月3日星期六上午11:10開始。

來源：南極熊