宇航員利用磁力成功地打造了人體軟骨

國際空間站（ISS）上的一名宇航員利用磁力成功地打造了人體軟骨。

這項壯舉是通過安裝在空間站上的磁懸浮生物組裝裝置實現(xiàn)的。這臺機器使人類細胞群能夠組裝成組織結(jié)構(gòu)，而無需使用物理支架。近日發(fā)表在Science Advances雜志上的一篇論文描述了這項實驗。

斯坦福大學研究員、論文作者Utkan Demirci說：“人們可以想象，在不久的將來，如果我們殖民火星或進行長期太空旅行，我們可能會想做一些實驗，在太空中構(gòu)建功能性組織，并在外星環(huán)境中進行測試?！?/p>

想象一下，你的皮膚或骨骼受到了與太空有關(guān)的損傷，可以用生物工程組織修補，就像電影《星際探索》（Ad Astra）一樣，人們在這個紅色星球上生活、工作和接受醫(yī)療。

雖然能夠打印生物材料的生物打印機已經(jīng)存在于地球上，但這些設備無法在太空中工作，因為它們依賴于地球相對強大的重力的存在。人們可以想象，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(gòu)建”功能組織在外星環(huán)境里進行測試。相比之下，在地球上打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。

然而，磁懸浮在軌道上運行得很好。這種方法是將物體懸掛起來，除了磁力外沒有其他支撐物。它可以用來抵消重力加速度和任何其他加速度的影響，也可以在沒有重力的情況下保持物體的位置。

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，斯坦福大學的 Utkan Demirci 和 Naside Gozde Durmus 證明，活細胞可以在順磁性流體介質(zhì)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(chǎn)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，從而使其懸浮。反磁性的細胞和順磁性流體組成的微流體通道位于磁體之間。

也就是說，當細胞組處于這些條件下時，它們會“遷移”到培養(yǎng)基中的同一位置，組裝成3D組織結(jié)構(gòu)和類器官。

位于莫斯科的生物技術(shù)研究實驗室，CD Bioprinting Solutions的Vladislav Parfenov和他的同事們后來擴展了這個想法，他們制造了一種裝置，可以將一組稱為球體的細胞組裝成三維結(jié)構(gòu)。這就是最終進入太空的裝置。

將這臺設備運到國際空間站并不容易，Utkan Demirci 說：“對于將機器放置在空間站有許多苛刻的標準。而且，由于國際空間站上沒有相關(guān)光學設備，例如顯微鏡，因此必須在設備中安裝特殊的攝像頭來記錄細胞的活動。

一切準備就緒之后，2018年11月，將設備運送到國際空間站的火箭炸毀了。Vladislav Parfenov 和他的團隊又重新制造了一個生物組裝器，并在12月將其送上了哈薩克斯坦的下一枚火箭。

在探測器到達國際空間站俄羅斯分部的一天后，宇航員Oleg Kononenko 進行了實驗，包括將順磁性介質(zhì)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，然后按下“Go”-運行鍵。

Deirci說，這是細胞和類器官首次在太空中組裝和生物加工。他說：“人們一直在進行生物學實驗和在太空中培養(yǎng)細胞，但能夠利用生物制造工具將這些積木組裝成更復雜的結(jié)構(gòu)，這還是第一次?！?/p>

這樣的實驗也有助于研究有益于地球生命的細胞相互作用?！霸跊]有重力的情況下，細胞和蛋白質(zhì)的行為非常不同，”Deirci說。他說，在沒有引力噪聲的情況下理解這些相互作用可以揭示藥物和細胞如何相互作用的新信息。