科技日?qǐng)?bào)北京11月4日電 （記者張夢(mèng)然）據(jù)發(fā)表在新一期《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)研究，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)在模擬太空微重力的條件下，利用3D打印技術(shù)制造出結(jié)構(gòu)精確的人體肌肉組織。這種高保真度的組織模型對(duì)于研究疾病機(jī)制、測(cè)試新藥至關(guān)重要，也為太空生物制造和人類健康研究開(kāi)辟了新路徑。
宇航員在太空微重力環(huán)境中長(zhǎng)期駐留時(shí)，身體會(huì)面臨肌肉急劇萎縮等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為更好地理解這一過(guò)程并保護(hù)未來(lái)深空探索者，科學(xué)家致力于開(kāi)發(fā)更精確的生物模型。
在地球表面，制造類似人體內(nèi)天然結(jié)構(gòu)的肌肉組織面臨巨大障礙。工程師通常使用一種名為“生物墨水”的特殊材料，其中混合了活細(xì)胞和支撐性載體，通過(guò)逐層打印構(gòu)建組織。然而，地球重力會(huì)使尚未固化的柔軟結(jié)構(gòu)在成型前發(fā)生塌陷或變形，同時(shí)細(xì)胞在墨水中不均勻沉降，導(dǎo)致最終組織結(jié)構(gòu)失真，難以真實(shí)反映人體生理狀態(tài)。
在微重力環(huán)境下，這些干擾因素被消除。沒(méi)有了重力對(duì)結(jié)構(gòu)的拉扯，可以打印出與人體內(nèi)自然排列完全一致的肌肉纖維。
團(tuán)隊(duì)此次開(kāi)發(fā)了一套名為G-FLight（重力無(wú)關(guān)的燈絲光）的新型生物制造系統(tǒng)，可在幾秒鐘內(nèi)快速生成具有活性的肌肉結(jié)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)利用拋物線飛行創(chuàng)造的短暫失重環(huán)境，在30次連續(xù)的失重階段中完成了3D打印實(shí)驗(yàn)。他們采用一種特制的生物樹(shù)脂配方，確保細(xì)胞在打印過(guò)程中保持高存活率。結(jié)果顯示，微重力下打印的肌肉組織不僅細(xì)胞活性良好，肌纖維數(shù)量也與地面打印的樣本相當(dāng)。此外，該工藝支持載細(xì)胞生物樹(shù)脂的長(zhǎng)期儲(chǔ)存，具備未來(lái)在太空長(zhǎng)期任務(wù)中實(shí)際應(yīng)用的潛力。
這項(xiàng)技術(shù)的成功標(biāo)志著空間組織工程的重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期目標(biāo)是在空間站或未來(lái)的軌道實(shí)驗(yàn)室直接培育人類組織和類器官。
在太空中制造的這些“迷你器官”不僅能用于研究失重引發(fā)的肌肉退化，還可作為研究肌萎縮等疾病的平臺(tái)。更重要的是，微重力下打印的組織結(jié)構(gòu)更接近真實(shí)人體，能為藥物測(cè)試提供更準(zhǔn)確的評(píng)估環(huán)境，從而加速新療法的開(kāi)發(fā)。這一突破不僅服務(wù)于太空探索，也將反哺地球上的醫(yī)學(xué)研究。
【總編輯圈點(diǎn)】
科學(xué)家首次在類似太空的失重環(huán)境中成功制造出了活的人體肌肉組織。在地球上打印活體組織其實(shí)非常困難，重力會(huì)導(dǎo)致未固化的“生物墨水”下垂、變形甚至坍塌。此次，科研人員通過(guò)一種特殊的“拋物線飛行”來(lái)創(chuàng)造短暫的失重環(huán)境，成功完成3D打印實(shí)驗(yàn)。未來(lái)，我們可以在太空環(huán)境中建立“生物實(shí)驗(yàn)室”，進(jìn)一步培養(yǎng)人體組織。這些高保真肌肉模型，能幫我們更精準(zhǔn)地模擬肌肉萎縮疾病或衰老過(guò)程，加速相關(guān)新藥的研發(fā)和測(cè)試。
