今年，3D Bioprinting Solutions公司Vladimir A. Mironov教授等領導團隊在 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行生物3D打印（實驗做于2018年）。

摘要：三維（3D）組織構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簽的方法以及組織工程學中的替代性概念進展。磁性生物組裝器已針對生命空間研究進行設計，開發(fā)和認證。這是3D組織構造首次在微重力下由人類軟骨細胞組成的組織球體在太空中進行生物制造。生物組裝和順序組織球體融合與已開發(fā)的預測數(shù)學模型和計算機仿真呈現(xiàn)出很好的一致性。組織構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組織工程研究的新觀點。太空中的磁懸浮生物組裝還可以促進太空生命科學和太空再生醫(yī)學。

太空生物3D打印機展示視頻

在太空實驗中，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節(jié)軟骨的影響的評估的興趣。迄今為止，由于太空實驗極其昂貴且耗時，因此僅進行了兩項關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等人在地球上旋轉生物反應器中的聚乙醇酸支架上生長了牛關節(jié)軟骨細胞，為期3個月。之后，將軟骨構造物在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，在隨機定位機（RPM）和正常重力下模擬豬微重力條件下，將豬軟骨細胞生長到圓柱室中16天。

盡管磁懸浮生物組裝具有許多優(yōu)勢，但與順磁介質應用相關的問題仍然存在。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)督管理局批準用作磁共振成像（MRI）的造影劑，但當高濃度使用Gd3 +螯合物時會引起細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和應用研究在推進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的不良毒性作用：（i）開發(fā)低毒的Gd3 +鹽或其他順磁性介質；（ii）在高磁場中進行懸浮生物組裝，以及（iii）進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行的系統(tǒng)調查的主題。

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

打印后的磁性聚集

參考文獻

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