太空实验：科研人员首次向国际空间站送去3D打印的肝脏组织样本

导读：军火巨头诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）计划通过国际空间站（ISS）的第21次补给任务（NG-21）向太空发射3D打印的肝细胞样本，以研究其在微重力环境中的行为和功能。

2024年8月2日，南极熊获悉，这项研究由再生医学先驱Anthony Atala和生物打印专家James Yoo领导，与威克森林再生医学研究所（WFIRM）的团队合作开展，旨在探索太空独特的环境是否有助于改善复杂组织的生长和发育。

NG-21任务预计于2024年8月3日发射，将向国际空间站运送920公斤的科学实验和补给品。这个项目由美国国家航空航天局（NASA）、国际空间站国家实验室以及率先在太空中进行3D打印的Redwire公司支持。其中，3D打印肝脏组织的研究将评估微重力环境对血管化肝脏组织形成和维持的影响。

△NASA血管组织挑战赛的第一名，使用一个腔室来容纳打印组织并测试灌注情况

该项目的启动是基于2016年NASA血管组织挑战赛的成功经验。挑战赛的目标是科学家们制造出能够在体外存活至少30天的厚实血管组织。这项挑战赛于2021年结束，维克森林大学的两支队伍成为了获胜者。第一支队伍不仅赢得了30万美元的奖金，还获得了在国际空间站上推进研究的机会。

△该飞行前图像显示 A) 生物打印的血管化构造，其螺旋状设计由相互连接的通道组成。B) 生物打印的人类肝脏组织构造。C) 包含组织构造的流动室与灌注系统相连

3D打印肝脏将飞入太空

肝脏是一个特别难以复制的器官，因为它体积大、结构复杂、血管网络广泛。为了应对这些挑战，WFIRM团队使用数字光投影（DLP）打印机创建了3D打印组织块，这些组织块与肝脏的自然结构非常相似。利用这项技术复制了肝脏组织的螺旋状结构，从而可以加入功能性血管通道。然后，这些结构被植入细胞以实现长期功能，使组织能够长时间维持自身。

Atala表示，一旦3D打印的肝脏组织结构进入太空，他们希望更多地了解这些组织在微重力环境中的表现。微重力可能会改善大型生物打印组织和器官的发育和成熟。由于与血管化相关的挑战，这些组织和器官在地球上难以维持。研究人员将有机会在微重力下研究组织结构，这可能会导致细胞形状、大小、体积和粘附特性的变化。

△设计陀螺结构

太空的3D打印测试项目

这项名为“零重力条件下血管化肝组织构建体成熟”（MVP Cell-07）的太空研究包括12个实验模块，每个模块包含三个组织样本。这些模块是专门的容器，配备了营养输送、温度控制和废物清除系统，以确保组织样本在实验期间保持活力。

△多用途可变重力平台 (MVP) 可以在两种不同的重力条件下运行，范围从微重力到2g

科研人员将使用在轨MVP设施进行环境控制。MVP设施由Techshot（现为Redwire的一部分）开发，于2018年4月搭乘SpaceX CRS-14前往国际空间站，用于开展研究项目，包括涉及人工重力和各种样本类型的环境控制的项目。

△多用途可变重力平台 (MVP) 设施最多可容纳12个科学模块

实验包括从动力载体中取出并打开模块，以便安装新的培养基袋。一旦模块进入MVP设施并启动自动泵时间表，36个组织样本将在十天内进行处理。

△六个模块配置在动力载体中，用于上升。载体在放入冷袋中时，有助于将培养基灌注到组织中，为MVP Cell-07设施保持约37°C的温度

第10天，12个实验模块将从MVP设施中移除，进行机组操作，其中4个生物室装有组织样本，固定并放入冷藏室，并从每个样本中收集培养基样本。剩余八个模块中的培养基袋更换，并重新安装到MVP设施中。

△图中显示了多用途可变重力平台 (MVP) 细胞实验模块。12个模块运行，每个模块容纳三个用于MVP Cell-07调查的样本条件

第20天，再移除、固定并冷藏另外四个生物室。最后，在第30天移除、固定并存放剩余四个生物室。这个过程旨在展示在微重力条件下，不同时间点组织的进展和发育情况。

△3D打印组织示意

未来可能产生的潜在影响

在过去几十年中，Atala和Yoo在WFIRM的3D打印组织和器官领域取得了重大进展。他们利用生物打印技术成功制造了多种不同的组织，包括血管、心脏瓣膜，甚至微型器官。其中一个显著的成就是成功开发出实验室培育的膀胱，并成功植入患者体内。他们的工作旨在通过创造功能性、可移植的组织和器官，减少对捐赠器官的依赖，从而推动再生医学和生物打印技术的发展。

Atala指出：“制造组织和器官的能力代表了该领域的一大进步。我们迫切希望加快这项技术的发展。WFIRM拥有一支优秀的团队，专注于将这项技术从实验室推广到临床应用。太空环境为我们提供了一个额外的维度，有助于在地球上更有效地制造组织。我们相信这将有助于降低成本、扩展技术规模，并加速这些技术在地球和太空中的应用。”

NASA的发射任务将于美国东部时间2024年8月3日星期六上午11:10开始。