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据《电气和电子工程师协会(ieee)光谱》杂志近日报道,3d生物打印技术当前方兴未艾,研究人员已成功打印出人体皮肤碎片,但这项技术仍未进入临床阶段。相比之下,打印器官则是一项艰巨的任务,因为器官由多种细胞组成,并与血管和神经交织在一起。

而像阿列维(allevi)这样的公司,正努力迎接这一挑战。该公司近日与太空制造(made in space)公司建立了新的合作伙伴关系,希望能在微重力环境下打印生物材料甚至器官,届时或能使太空生物医疗梦想照进现实。

两公司拟将3d生物打印机送入太空

在前往火星的长途航行中,宇航员可能受到可怕的灼伤,还会沾染化学物质;在更遥远的未来,火星殖民者还可能患肝功能衰竭……如果能打印出一片新皮肤,或打印出替代器官,这将成为宇航员生命的“守护神”。但目前,人类的太空飞行能力和3d生物打印技术还远远无法实现上述场景。

3d生物打印用是专门的3d打印机,挤出生物材料和细胞,逐层构建组织。最近,allevi公司设计了“零重力”(zerog)生物挤出机,能在微重力下打印生物材料。该公司与已有两台3d打印机被送上国际空间站的太空制造公司建立合作,这是迈向实现上述科幻医学场景的第一步。

allevi公司首席执行官瑞奇·索洛萨诺说:“我们希望它成为即插即用设备,帮助宇航员更好地了解生物材料在太空中的表现。”

为打印出水凝胶等生物材料,零重力挤出机用一个活塞驱动注射器。技术的关键是对挤出后将立即粘在一起的材料进行管理——这些材料的每一层会与前一层粘合。

两家公司似乎都确信,他们可以在不久的将来将挤出机送到国际空间站。索洛萨诺说:“我们在生物材料方面拥有丰富的经验;而太空制造公司知道如何将物品送到太空。”

太空中与地球上将同步实验并对比结果

一旦零重力挤出机集成到国际空间站的打印机内,将有几个更直接的应用。索洛萨诺表示,allevi公司已经向世界各地的实验室分发了200多台打印机,希望这些用户能够提出科学实验,以便在国际空间站和地球上同时进行实验并比较结果。

关于生物材料在太空如何表现,有很多有趣的科学问题。索洛萨诺说,例如,研究人员可以调查骨骼如何形成,在缺乏重力时会怎样,这对于在太空中度过更长时间的宇航员来说是一个重要问题。

微重力还使生产某些在地球上无法制造的材料和产品成为可能,这些产品非常有用。太空制造公司正在国际空间站上试验制造光纤,默克制药公司正在培育可能对药物输送有用的晶体。

allevi公司可以说服美国国家航空航天局(nasa)将挤出机带到国际空间站,也可以在国际空间站国家实验室研究人员的要求下发送。无论哪种方式,零重力挤出机都必须通过nasa的安全和验证检查。nasa需要评估所有材料和系统,以确保它们不会对宇航员的健康或国际空间站的操作构成威胁。

最大的挑战是材料

就目前而言,在太空进行3d生物打印也面临诸多困难。

太空制造公司总裁兼首席执行官安德鲁·拉什解释,太空3d打印需要仔细控制挤出过程,“因为你不希望液滴飘走;还需要控制机器的工作温度;此外,微重力环境缺乏我们在地球上习以为常的对流,所以很难保持热部件热和冷部件冷。”

但太空生物打印面临的最大障碍可能是材料。虽然allevi公司将水凝胶等生物材料送到国际空间站相对容易,但要获得批准发送填充这些水凝胶支架的人体细胞,将更加困难。索洛萨诺说:“我们需要弄清楚在国际空间站上处理细胞的限制是什么。”

(原标题:3d生物打印机要上国际空间站)

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