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國際空間站上的生物打?。憾砹_斯在太空中3D打印軟骨

魔猴君  行業(yè)資訊   1553天前

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您可能想知道空間3D打印的意義是什么?畢竟,這不是我們刷抖音這么簡單的事情,而是花費其他更有價值的時間進行與遙遠星系有關的實驗嗎?盡管NASA確實著眼于太空研究和即將到來的旅行(如火星之類的旅行),但國際空間站(ISS)的實際目的是在進行科學研究時利用失重環(huán)境。隨著科學家進一步沉浸于組織工程和試驗維持細胞的方法中,零重力為學習更多和完善生物打印提供了理想的環(huán)境。

現(xiàn)在,俄羅斯宇航員奧列格·科農年科(Oleg Kononenko)已在國際空間站上對軟骨進行了生物印制,為太空旅行者提供了至關重要的價值,因為該技術可以為治療星際損傷提供最終的急救方法。

Oleg Kononenko使用了莫斯科公司3D Bioprinting Solutions開發(fā)的一種新型的“無支架”組織工程方法,該方法使用磁場。

這種被稱為“懸浮生物組裝”的方法,也可能為太空再生醫(yī)學的發(fā)展鋪平道路,這種醫(yī)學可用于長途太空旅行,因為宇航員和宇航員可能要離開地球幾個月或幾年。他們使用了定制的生物組裝器。為了避免創(chuàng)建支架時遇到的典型挑戰(zhàn),Kononenko依靠磁場的作用來實現(xiàn)微重力下細胞的自組裝。該方法不僅在組織工程領域總體上令人鼓舞,而且懸浮生物組裝還為太空再生醫(yī)學提供了巨大的潛力,如果太空旅行者受傷,并且長時間不返回地球,這可能是必要的。

將組織細胞放入溫度可控的腔室中以釋放軟骨細胞,然后將比色皿放入磁性生物組裝器中,以開始構建組織,如該圖像所示

由于有關微重力對人體軟骨的影響的實驗可能非常昂貴,因此以前僅進行了兩項研究-成功地在支架等結構上生長細胞。在最近發(fā)表的《太空中3D組織構造的磁懸浮生物組裝》中概述的這項研究中,俄羅斯研究人員意識到了使用磁懸浮生物組裝的潛在問題-主要集中于細胞毒性問題,因為generally(Gd3 +)螯合物通常用于此類物質工作。

“從理論上講,有三種可能的方法可以減少順磁介質的不良毒性作用:(i)開發(fā)低毒的Gd3 +鹽或其他順磁介質,(ii)在高磁場中進行懸浮生物組裝,以及(iii)進行磁懸浮在微重力條件下進行生物組裝?!弊髡呓忉屨f。

A)在熱可逆的非粘性水凝膠中充填軟骨球的小方舟,具有順磁性gadobutrol的培養(yǎng)基和固定液(福爾馬林)。 (B)在ISS上進行的實驗的主要階段:通過冷卻到15°C來激活比色杯,在37°C磁性制造3D組織構建體,然后進行固定。 (C)將比色皿運回地球。 (照片來源:Vladislav A. Parfenov和Frederico DAS Pereira,俄羅斯莫斯科生物技術研究實驗室“ 3D生物打印解決方案”。)

對于這項工作,他們使用COMSOL軟件創(chuàng)建了無毒的Gd3 +-螯合物濃度,以創(chuàng)建必要磁場的模型,并成功地將生物組裝與其準備的計算公式“很好地吻合”。在實驗過程中需要兩個階段,包括磁場的配置(在ISS的環(huán)境溫度下進行),然后研究組織球體在逐漸穩(wěn)定成實際3D組織時的融合。

A)安裝在磁性生物組裝器中的磁體系統(tǒng)。 (B)磁鐵系統(tǒng)產生的磁場。 (C)構造裝配過程的建模。 (D)組裝后構造物的建模形狀。 (E)作為加多布特羅濃度和溫度的函數(shù)的構建體組裝的動力學。 (圖片來自“太空中3D組織構造的磁懸浮生物組裝”)

這組作者解釋說:“根據(jù)數(shù)學模型,組織球體融合的完整性水平高于50%,在某些碎片中,它達到了可能壓實的90%以上??紤]到這一點,我們可以假設延長生物制造時間將能夠使軟骨球完全融合成單個3D組織構造?!?/span>

A)太空中磁性生物組裝機內部構建體組裝的延時照片。 (B)使用“ Surface Evolver”軟件將軟骨球融合成3D結構的計算機模擬。 (C)在空間中進行生物組裝的實際順序步驟;延時錄像的快照。 (D)組裝的3D構造的宏觀攝影返回地球。 (E)在空間實驗中組裝的3D組織構建體的組織學[蘇木精和曙紅(HE)染色]和免疫組織化學[增殖標志物Ki-67和凋亡標志物caspase-3(Casp-3)]。 (照片來源:美國賓夕法尼亞州塞林斯格羅夫市薩斯奎漢納大學的Kenn Brakke;俄羅斯莫斯科生物技術研究“ 3D生物打印解決方案”實驗室的Elizaveta Koudan。)

點評:在宇航員和宇航員被迫自我維持時,必須考慮諸如疾病或傷害之類的問題,并且由于能夠在沒有腳手架的情況下再生骨骼或其他組織,因此可以避免四肢或死亡。導致“太空醫(yī)學”的出現(xiàn),這種突破可能意味著載人,長期太空旅行會取得更大的成功。

   
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