【原】俄罗斯宇航员在太空中3D打印出软骨组织

2020年7月，南极熊获悉，俄罗斯宇航员Oleg Kononenko在国际空间站上进行了软骨的生物打印，为太空旅行者提供了至关重要的价值，因为这项技术可以实现治疗星际伤害的终极急救。这项新技术是与莫斯科的3D Bioprinting Solutions合作开发的。

前几天，这家生物打印公司，还和肯德基合作开发3D打印鸡肉，详见《肯德基未来鸡块，生物3D打印肉将兴起？》

Oleg Kononenko使用了一种新型的 "无支架 "组织工程方法，该方法由莫斯科公司3D Bioprinting Solutions 通过磁场实现

△俄罗斯宇航员3D打印软骨组织

这种被称为 "悬浮生物自组装 "的方法，也可能为太空再生医学的进步铺平道路，可用于宇航员离开地球数月或数年的长途太空旅行。他们使用了一个定制的生物自组装机，避开创建支架的典型挑战，Kononenko依靠磁场的拉力使细胞在微重力下自组装。不仅对组织工程领域总体上令人鼓舞，而且悬浮生物组装也为太空再生医学提供了巨大的潜力，如果太空旅行者受伤，而且长时间不回地球，这种方法可能是必要的。

△将组织细胞放置在温控室中释放软骨细胞，然后将试管放入磁性生物组装机中开始构建组织

△组织自组装的过程

由于有关微重力对人类软骨影响的实验可能非常昂贵，所以之前只有两项研究--成功地在支架等结构上生长细胞。对于这项研究，在最近发表的《空间3D组织构建的磁悬浮生物组装》中概述，俄罗斯研究人员意识到使用磁悬浮生物组装的潜在问题--主要集中在细胞毒性的问题上，因为钆（Gd3+）螯合物一般用于此类工作。

"从理论上讲，有三种可能的方法来降低顺磁性介质的不良毒性作用：
(一)开发低毒的Gd3+盐类或替代顺磁性介质；
(二)在高磁场中进行悬浮生物组装；
(三)在微重力条件下进行磁悬浮生物组装。"作者解释说。

(A)在热可逆的非粘性水凝胶中填充软骨球的比色皿，带有顺磁性钆布醇的培养基和固定液（福尔马林）。B）在国际空间站上进行的实验的主要阶段：通过冷却到15°C，在37°C的3D组织结构的磁性制造，然后固定的cuvettes激活。(C)将试管运回地球。图片来源：Vladislav A. Parfenov和Frederico DAS Pereira，俄罗斯莫斯科生物技术研究实验室 "3D Bioprinting Solutions"）。

对于这项工作，他们用无毒的Gd3+络合物，使用COMSOL软件创建一个必要的磁场模型，生物组装成功。实验过程中需要两个阶段，包括磁场的配置（在国际空间站的环境温度下进行），然后研究组织球体的融合，因为它们开始稳定成实际的3D组织。

(A)磁铁系统安装在磁性生物组装机中。(B)磁铁系统产生的磁场。(C) 建构体组装过程的模型。(D)组装后的模型形状。(E)作为钆丁醇浓度和温度的函数的构造组装的动力学。图片来自 "磁悬浮生物组装的空间3D组织构建"）。

作者解释说："根据数学建模，组织球体融合完整性水平高于50％，在一些碎片中，它实现了90％以上的可能压实，考虑到这一点，我们可以认为，生物制造时间的拉长将使软骨球体完全融合成一个单一的3D组织结构。"

(A) 磁性生物组装机内的构建体在太空中组装的延时照片。(B)使用 "Surface Evolver "软件对软骨球融合成3D结构的计算机模拟。(C)真正的顺序步骤的构建生物组装在空间;从时间推移视频记录快照。(D) 组装好的3D构建体返回地球的宏观照片。(E)组织学[苏木精和曙红(HE)染色]和免疫组化[增殖标记Ki-67和凋亡标记Caspase-3(Casp-3)]的空间实验中组装的3D组织结构。图片来源：美国宾夕法尼亚州Selinsgrove的Susquehanna大学的Kenn Brakke；俄罗斯莫斯科生物技术研究实验室 "3D Bioprinting Solutions"的Elizaveta Koudan）。

在宇航员被迫自我维持时，必须考虑疾病或损伤等问题，如果能够在没有支架的情况下再生骨骼或其他组织，就可以避免失去肢体或死亡。导致 "太空医学 "的出现，这样的突破可能意味着载人的长期太空旅行将获得更好的成功。

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