蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）研究團(tuán)隊(duì)宣稱，在拋物線飛行實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)了微重力環(huán)境下的人體肌肉組織3D打印。該研究旨在通過在無重力條件下重建人體組織，更精確地反映人體自然結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)疾病建模和藥物研發(fā)。這一突破性進(jìn)展標(biāo)志著太空生物制造領(lǐng)域的重要里程碑。
△由Parth Chansoria領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用拋物線飛行模擬了太空微重力環(huán)境
太空3D打印破解肌肉萎縮難題
在太空失重條件下，宇航員常常面臨嚴(yán)重的生理衰退，尤其是肌肉萎縮。為深入研究和減緩這一現(xiàn)象，ETH Zurich團(tuán)隊(duì)開發(fā)了名為“G-Flight（Gravity-independent filament light）”的先進(jìn)生物制造系統(tǒng)。這種新型系統(tǒng)能夠在微重力環(huán)境下，于數(shù)秒內(nèi)高效構(gòu)建出具有活性的肌肉組織。研究人員采用特殊配方的生物樹脂，在為期30個(gè)拋物線飛行周期的失重階段完成了3D打印實(shí)驗(yàn)。
結(jié)果顯示，所打印肌肉組織在細(xì)胞活力和纖維密度上，與地面重力條件下的樣本相當(dāng)，展現(xiàn)出優(yōu)異的生物兼容性和結(jié)構(gòu)精度。此外，該工藝還允許長期儲存載有細(xì)胞的生物樹脂，這對于未來的在軌制造而言是一項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢。
△G-Flight打印機(jī)的光學(xué)組件和樹脂配方。A）G-FLight打印機(jī)中光引擎各組成部分及激光光路示意。B）指導(dǎo)樹脂儲存和打印操作的實(shí)驗(yàn)流程示意
推進(jìn)太空生物制造
這一過程的核心是一種被稱為生物墨水的材料，它由載體物質(zhì)與活細(xì)胞混合而成。在地球上，生物墨水的重量會導(dǎo)致打印的結(jié)構(gòu)在固化前坍塌或變形，而嵌入的細(xì)胞也可能下沉不均勻，從而導(dǎo)致模型精度降低但在微重力環(huán)境下，這些制約因素得以消除，研究人員因此成功打印出了與人體內(nèi)結(jié)構(gòu)高度一致的肌肉纖維。這種精度對于構(gòu)建組織模型至關(guān)重要，而這些模型能夠提供關(guān)于疾病發(fā)展和治療機(jī)制的可靠數(shù)據(jù)。
研究人員表示，下一步是在國際空間站（ISS）或未來的軌道研究平臺上制造復(fù)雜的類器官和人體組織。這些太空培育的組織模型有助于研究肌肉萎縮癥和太空飛行引起的肌肉萎縮等疾病，并可在更接近真實(shí)生物條件的環(huán)境下測試治療反應(yīng)。
本項(xiàng)研究不僅為太空醫(yī)學(xué)和生物制造領(lǐng)域帶來革命性進(jìn)展，也為3D打印技術(shù)在極端環(huán)境下的應(yīng)用開辟了新路徑。
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