擺脫重力束縛,在太空也能「構建」人體組織

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 19 日 8:00 | 分類 天文 , 生物科技 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


儘管地球上已經有能夠列印生物材料的生物列印機存在,但這些設備嚴重依賴於地球的重力,無法在太空中正常運作。

但如今看來,在太空中「構建人體組織」的方法似乎可行,如果人們在外太空遭到了相關傷害,導致皮膚或者骨骼的損傷,就可以使用這種新的方法來「修補」。就像電影《星際救援》裡的場景一樣──人們在其他星球上工作、生活、就醫。

近日,國際太空站(ISS)上的一名太空人,利用磁力成功地組裝了人類的軟骨。

《Science Advances》雜誌的一篇論文詳細解讀了這場實驗,史丹佛研究院兼這篇論文的作者 Utkan Demirci 如此描述:

人們可以想像,在不久的將來,人們在火星上定居或是進長期太空旅行時,可以直接在太空中「構建」功能組織在外星環境裡進行測試。相比之下,在地球上列印生物材料的方式就像擠牙膏,嚴重依賴重力作用,離開重力就沒辦法進行。

具體來說,這個實驗基於安裝在該國際太空站中的磁懸浮生物組裝設備來實現,而這台特殊的機器無需使用物理支架的支撐也可使人類細胞簇組裝成組織結構,因為磁懸浮可以抵消重力加速度和任何其他加速度對實驗的影響,也可以在沒有重力的情況下將物體固定在適當的位置。

細胞如何組裝成 3D 組織結構和類器官?

另一方面,我們通常認為生物組織不能像金屬一樣被磁場所操控,但在 2015 年,史丹佛大學的 Utkan Demirci 和 Naside Gozde Durmus 證明,活細胞可以在順磁性流體介質中被操縱。

這需要將兩個強大的相對的磁體放置得無限靠近,來產生高梯度力。反磁性的細胞和順磁性流體的磁化率之差乘以磁場梯度,足以平衡細胞的重量,進而使其懸浮。反磁性的細胞和順磁性流體組成的微流體通道位於磁體之間。

也就是說,當細胞組處於這些條件下時,它們會「遷移」到培養基中的同一位置,組裝成 3D 組織結構和類器官。

在這之後,莫斯科 CD Bioprinting Solutions 生物技術研究實驗室的 Vladislav Parfenov 和同事透過構建一種裝置,將設備的這種組狀結構組裝成三維結構,進而擴展了這一設想。這台設備就是本文上中所提到的最終進入太空的設備。

將這台設備運到國際太空站並不容易,Utkan Demirci 說:「對於將機器放置在太空站有許多嚴格標準。而且,由於國際太空站上沒有相關光學設備,例如顯微鏡,因此必須在設備中安裝特殊的攝影鏡頭來記錄細胞的活動。」

一切準備就緒之後,2018 年 11 月,將設備運送到國際太空站的火箭炸毀了。Vladislav Parfenov 和他的團隊又重新製造了一個生物組裝器,並在 12 月將其送上哈薩克的下一枚火箭。

▲ 太空人 Oleg Kononenko。

在探測器到達國際太空站俄羅斯分部的一天後,太空人 Oleg Kononenko 開始實驗,包括將順磁性介質與軟骨細胞(來自人類膝蓋和臀部)一起注射到試管中冷卻,將它們放入磁性生物組裝器中,然後按下執行鍵。

Utkan Demirci 說:

這是細胞和類有機物第一次在太空中組裝。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:shutterstock)

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