擺脫重力束縛，在太空也能「構(gòu)建」人體組織

本文作者：伍文靚

2020-07-16 10:30

導(dǎo)語：在太空中「構(gòu)建人體組織」的方法似乎可行。

雷鋒網(wǎng)按，盡管地球上已經(jīng)有能夠打印生物材料的生物打印機(jī)存在，但這些設(shè)備嚴(yán)重依賴于地球的重力，無法在太空中正常運(yùn)作。

但如今看來，在太空中「構(gòu)建人體組織」的方法似乎可行，如果人們在外太空遭到了相關(guān)傷害，導(dǎo)致皮膚或者骨骼的損傷，就可以使用這種新的方法來進(jìn)行“修補(bǔ)”。就像電影《Ad Astra》里的場景一樣——人們在其他星球上工作、生活、就醫(yī)。

近日，國際空間站（ISS）上的一名宇航員已經(jīng)利用磁力成功地組裝了人類的軟骨。

《Science Advances》雜志的一篇論文詳細(xì)解讀了這場實(shí)驗(yàn)，斯坦福研究院兼這篇論文的作者 Utkan Demirci 如此描述道：

人們可以想象，在不久的將來，人們在火星上定居或是進(jìn)長期太空旅行時(shí)，可以直接在太空中「構(gòu)建」功能組織在外星環(huán)境里進(jìn)行測試。相比之下，在地球上打印生物材料的方式就像擠牙膏，嚴(yán)重依賴重力作用，離開重力就沒辦法進(jìn)行。

具體來說，這一實(shí)驗(yàn)基于安裝在該國際空間站中的磁懸浮生物組裝設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，而這臺特殊的機(jī)器無需使用物理支架的支撐也可使人類細(xì)胞簇組裝成組織結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇艖腋】梢缘窒亓铀俣群腿魏纹渌铀俣葘?shí)驗(yàn)的影響，也可以在沒有重力的情況下將物體固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

另一方面，我們通常認(rèn)為生物組織不能像金屬一樣被磁場所操控，但在 2015 年，斯坦福大學(xué)的 Utkan Demirci 和 Naside Gozde Durmus 證明，活細(xì)胞可以在順磁性流體介質(zhì)中被操縱。

這需要將兩個(gè)強(qiáng)大的相對的磁體放置得無限靠近，來產(chǎn)生高梯度力。反磁性的細(xì)胞和順磁性流體的磁化率之差乘以磁場梯度，足以平衡細(xì)胞的重量，從而使其懸浮。反磁性的細(xì)胞和順磁性流體組成的微流體通道位于磁體之間。

也就是說，當(dāng)細(xì)胞組處于這些條件下時(shí)，它們會“遷移”到培養(yǎng)基中的同一位置，組裝成3D組織結(jié)構(gòu)和類器官。

在這之后，莫斯科CD Bioprinting Solutions生物技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室的 Vladislav Parfenov和同事通過構(gòu)建一種裝置，將設(shè)備的這種組狀結(jié)構(gòu)組裝成三維結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)展了這一設(shè)想。這臺設(shè)備就是本文上中所提到的最終進(jìn)入太空的設(shè)備。雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)

將這臺設(shè)備運(yùn)到國際空間站并不容易，Utkan Demirci 說：“對于將機(jī)器放置在空間站有許多苛刻的標(biāo)準(zhǔn)。而且，由于國際空間站上沒有相關(guān)光學(xué)設(shè)備，例如顯微鏡，因此必須在設(shè)備中安裝特殊的攝像頭來記錄細(xì)胞的活動。

一切準(zhǔn)備就緒之后，2018年11月，將設(shè)備運(yùn)送到國際空間站的火箭炸毀了。Vladislav Parfenov 和他的團(tuán)隊(duì)又重新制造了一個(gè)生物組裝器，并在12月將其送上了哈薩克斯坦的下一枚火箭。

在探測器到達(dá)國際空間站俄羅斯分部的一天后，宇航員Oleg Kononenko 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，包括將順磁性介質(zhì)與軟骨細(xì)胞(來自人類膝蓋和臀部)一起注射到試管中冷卻，將它們放入磁性生物組裝器中，然后按下運(yùn)行鍵。

Utkan Demirci 說：