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摆脱重力束缚,在太空也能「构建」人体组织

本文作者:伍文靓 2020-07-16 10:30
导语:在太空中「构建人体组织」的方法似乎可行。

摆脱重力束缚,在太空也能「构建」人体组织

雷锋网按,尽管地球上已经有能够打印生物材料的生物打印机存在,但这些设备严重依赖于地球的重力,无法在太空中正常运作。

但如今看来,在太空中「构建人体组织」的方法似乎可行,如果人们在外太空遭到了相关伤害,导致皮肤或者骨骼的损伤,就可以使用这种新的方法来进行“修补”。就像电影《Ad Astra》里的场景一样——人们在其他星球上工作、生活、就医。

近日,国际空间站(ISS)上的一名宇航员已经利用磁力成功地组装了人类的软骨。

《Science Advances》杂志的一篇论文详细解读了这场实验,斯坦福研究院兼这篇论文的作者 Utkan Demirci 如此描述道:

人们可以想象,在不久的将来,人们在火星上定居或是进长期太空旅行时,可以直接在太空中「构建」功能组织在外星环境里进行测试。相比之下,在地球上打印生物材料的方式就像挤牙膏,严重依赖重力作用,离开重力就没办法进行。

具体来说,这一实验基于安装在该国际空间站中的磁悬浮生物组装设备来实现,而这台特殊的机器无需使用物理支架的支撑也可使人类细胞簇组装成组织结构,因为磁悬浮可以抵消重力加速度和任何其他加速度对实验的影响,也可以在没有重力的情况下将物体固定在适当的位置。

另一方面,我们通常认为生物组织不能像金属一样被磁场所操控,但在 2015 年,斯坦福大学的 Utkan Demirci 和 Naside Gozde Durmus 证明,活细胞可以在顺磁性流体介质中被操纵。

这需要将两个强大的相对的磁体放置得无限靠近,来产生高梯度力。反磁性的细胞和顺磁性流体的磁化率之差乘以磁场梯度,足以平衡细胞的重量,从而使其悬浮。反磁性的细胞和顺磁性流体组成的微流体通道位于磁体之间。

也就是说,当细胞组处于这些条件下时,它们会“迁移”到培养基中的同一位置,组装成3D组织结构和类器官。

在这之后,莫斯科CD Bioprinting Solutions生物技术研究实验室的 Vladislav Parfenov和同事通过构建一种装置,将设备的这种组状结构组装成三维结构,从而扩展了这一设想。这台设备就是本文上中所提到的最终进入太空的设备。 雷锋网雷锋网(公众号:雷锋网)

将这台设备运到国际空间站并不容易,Utkan Demirci 说:“对于将机器放置在空间站有许多苛刻的标准。而且,由于国际空间站上没有相关光学设备,例如显微镜,因此必须在设备中安装特殊的摄像头来记录细胞的活动。 

一切准备就绪之后,2018年11月,将设备运送到国际空间站的火箭炸毁了。Vladislav Parfenov 和他的团队又重新制造了一个生物组装器,并在12月将其送上了哈萨克斯坦的下一枚火箭。

在探测器到达国际空间站俄罗斯分部的一天后,宇航员Oleg Kononenko 进行了实验,包括将顺磁性介质与软骨细胞(来自人类膝盖和臀部)一起注射到试管中冷却,将它们放入磁性生物组装器中,然后按下运行键。

Utkan Demirci 说:

这是细胞和类有机物第一次在太空中组装。

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