今年，3D Bioprinting Solutions公司Vladimir A. Mironov教授等領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊在 Science Advances期刊上發(fā)表了“Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space”的文章。這是人類太空中首次進(jìn)行生物3D打?。▽?shí)驗做于2018年）。

摘要：三維（3D）組織構(gòu)造的磁懸浮生物組裝代表了一種快速興起的無支架和無標(biāo)簽的方法以及組織工程學(xué)中的替代性概念進(jìn)展。磁性生物組裝器已針對生命空間研究進(jìn)行設(shè)計，開發(fā)和認(rèn)證。這是3D組織構(gòu)造首次在微重力下由人類軟骨細(xì)胞組成的組織球體在太空中進(jìn)行生物制造。生物組裝和順序組織球體融合與已開發(fā)的預(yù)測數(shù)學(xué)模型和計算機(jī)仿真呈現(xiàn)出很好的一致性。組織構(gòu)建體顯示出良好的生存能力和組織球體融合過程的晚期。因此，數(shù)據(jù)有力地表明，使用磁場進(jìn)行無支架的生物成型可替代傳統(tǒng)的基于支架的方法，這是可行的替代方案，這暗示了可以大大促進(jìn)組織工程研究的新觀點(diǎn)。太空中的磁懸浮生物組裝還可以促進(jìn)太空生命科學(xué)和太空再生醫(yī)學(xué)。

太空生物3D打印機(jī)展示視頻

在太空實(shí)驗中，軟骨生物組裝的選擇尤其取決于對長期飛行中微重力對人椎間盤和關(guān)節(jié)軟骨的影響的評估的興趣。迄今為止，由于太空實(shí)驗極其昂貴且耗時，因此僅進(jìn)行了兩項關(guān)于太空軟骨生物制造的研究。在他們的開創(chuàng)性研究中，F(xiàn)reed等人在地球上旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器中的聚乙醇酸支架上生長了牛關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，為期3個月。之后，將軟骨構(gòu)造物在Mir空間站或地球上培養(yǎng)4個月。相反，Stamenkovi等在國際空間站（ISS）的微重力條件下，在隨機(jī)定位機(jī)（RPM）和正常重力下模擬豬微重力條件下，將豬軟骨細(xì)胞生長到圓柱室中16天。

盡管磁懸浮生物組裝具有許多優(yōu)勢，但與順磁介質(zhì)應(yīng)用相關(guān)的問題仍然存在。Gd3 +螯合物是最常用的順磁劑。盡管Gd3 +螯合物已被美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用作磁共振成像（MRI）的造影劑，但當(dāng)高濃度使用Gd3 +螯合物時會引起細(xì)胞毒性和滲透壓失衡。Gd3 +的這些不利的毒性作用代表了基礎(chǔ)和應(yīng)用研究在推進(jìn)磁懸浮生物組裝方面的挑戰(zhàn)。從理論上講，有三種可能的方法可以減少順磁性介質(zhì)的不良毒性作用：（i）開發(fā)低毒的Gd3 +鹽或其他順磁性介質(zhì)；（ii）在高磁場中進(jìn)行懸浮生物組裝，以及（iii）進(jìn)行磁性懸浮生物組裝在微重力條件下。所有這些可能性都是正在進(jìn)行的系統(tǒng)調(diào)查的主題。

在本研究中，研究者專注于空間中微重力條件下3D軟骨構(gòu)造的懸浮生物組裝。為了在國際空間站上進(jìn)行軟骨構(gòu)造的生物制造，開發(fā)了一種新技術(shù)方法，其中涉及定制的新型磁性生物組裝器“ Bioprinter Organ.Aut”（圖1）。在進(jìn)行空間實(shí)驗之前，曾開發(fā)了用于磁懸浮組件的數(shù)學(xué)模型和計算機(jī)仿真來確定組織球體融合的動力學(xué)。在實(shí)際空間實(shí)驗中獲得的3D構(gòu)造與預(yù)先計算的參數(shù)非常吻合。因此，在這里，研究者報告了有史以來第一次實(shí)驗的結(jié)果，該實(shí)驗致力于在空間微重力條件下，以低/無毒的Gd3 +螯合物濃度從活體組織球體中構(gòu)建的低濃度/無毒的Gd3 +螯合物。

打印后的磁性聚集

參考文獻(xiàn)

Parfenov V A , Khesuani Y D , Petrov S V , et al. Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space[J]. Science Advances, 2020, 6(29):eaba4174.

DOI: 10.1126/sciadv.aba4174

文章引用于 https://mp.weixin.qq.com/s/xhKFigcV6z7D3lK0F_uQlg