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国际空间站：俄罗斯宇航员在太空中3D打印软骨组织

2020年7月 ， 莫斯科的3DBioprintingSolutions公司 ， 与肯德基合作开发3D打印鸡肉 ， 利用鸡肉细胞和植物材料＂打印＂鸡肉 ， 试图打造世界上第一款实验室生产的鸡块 ， 这是其＂未来餐厅＂概念的一部分 。
短短几天时间过去 ， 这家打印公司联合俄罗斯宇航员OlegKononenko在国际空间站上又进行了软骨的生物打印 ， 为再生医学提供了至关重要的研究价值 。 在这项技术中 ， 使用了细胞外基质蛋白和干细胞等作为“3D打印墨水” ， 打印的软骨组织有希望移植到人体受损的软骨组织中 。
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软骨损伤的治疗应以微骨折技术为指导 ， 形成软骨组织进行填充 ， 还有软骨移植和骨膜移植等其他手术方法 ， 但这些手术方法受到供体来源和排斥反应的限制 。 对于软骨损伤严重、缺损较多、关节退化严重的人 ， 可能需要其他关节置换来改善症状 。 关节软骨破坏也是导致骨关节病的主要病理变化 。
【国际空间站：俄罗斯宇航员在太空中3D打印软骨组织】而通过干细胞新技术培养的软骨组织 ， 在来源上使用自体干细胞 ， 将不会有免疫反应的排斥 。 但是如何培养出完美的软骨组织是一个挑战 。
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组织和器官的形成需要基质控制 ， 让干细胞向合理的形状和方向生长 。 本质上 ， 就是干细胞需要组成正确的三维结构 ， 过去科学家们常常使用一些“生物支架” ， 但是这并不能完全的摆脱重力的影响 ， 所以OlegKononenko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3DBioprintingSolutions通过磁场在太空中实现 。
这种被称为“悬浮生物自组装”的方法 ， 也可能为太空干细胞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 。 不仅是组织工程领域上的成功令人鼓舞 ， 而且悬浮生物组装也为太空再生医学提供了巨大的研究价值 。 在失重的太空环境下 ， 移除了重力的影响 ， 干细胞可以完美地实现正确的三维结构 。
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由于在太空中培养人类软骨的实验可能非常昂贵 ， 所以之前的研究都是在地球上进行 ， 需要解决在生物支架等结构上的细胞生长问题 ， 科学家也需要挑战一个又一个全新的困难 。
而对于这项研究 ， 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 。
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图片来源：俄罗斯莫斯科生物技术研究实验室
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 。
但是在太空制造器官的原因不止如此 ， 太空的实验可以更好地帮助研究人员优化组织在基础科学、再生医学和器官移植 。
长期的太空任务使宇航员的身体发生了一系列的生理变化 。 虽然其中一些改变随着时间的推移是可逆的 ， 但另一些变化则不可逆 。
研究宇航员在执行任务前和任务后的身体 ， 可以揭示他们的器官出了什么问题 ， 但对为什么产生变化 ， 却没有提供什么深入的见解 。 因此 ， 在太空中生长的人类组织可以补充这种类型的研究 ， 并揭示产生变化的根本原因 。
通过在太空中观察胚胎干细胞的变化 ， 我们可以预测人类在胎儿时是如何发育的 。 了解零重力对人体发育的影响 ， 将对未来的人类殖民产生深远的影响(如人类能否在太空中成功繁殖？) ， 这些研究还将改进用于在地球上测试药物和人造器官的产生 。
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