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今年，3D Bioprinting Solutions公司Vladimir A. Mironov教授等領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)在 Science Advances期刊上發(fā)表了“Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space”的文章。這是人類(lèi)太空中首次進(jìn)行生物3D打?。▽?shí)驗(yàn)做于2018年）。

摘要：三維（3D）組織構(gòu)造的磁懸浮生物組裝代表了一種快速興起的無(wú)支架和無(wú)標(biāo)簽的方法以及組織工程學(xué)中的替代性概念進(jìn)展。磁性生物組裝器已針對(duì)生命空間研究進(jìn)行設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和認(rèn)證。這是3D組織構(gòu)造首次在微重力下由人類(lèi)軟骨細(xì)胞組成的組織球體在太空中進(jìn)行生物制造。生物組裝和順序組織球體融合與已開(kāi)發(fā)的預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真呈現(xiàn)出很好的一致性。組織構(gòu)建體顯示出良好的生存能力和組織球體融合過(guò)程的晚期。因此，數(shù)據(jù)有力地表明，使用磁場(chǎng)進(jìn)行無(wú)支架的生物成型可替代傳統(tǒng)的基于支架的方法，這是可行的替代方案，這暗示了可以大大促進(jìn)組織工程研究的新觀點(diǎn)。太空中的磁懸浮生物組裝還可以促進(jìn)太空生命科學(xué)和太空再生醫(yī)學(xué)。

太空生物3D打印機(jī)展示視頻

在太空實(shí)驗(yàn)中，軟骨生物組裝的選擇尤其取決于對(duì)長(zhǎng)期飛行中微重力對(duì)人椎間盤(pán)和關(guān)節(jié)軟骨的影響的評(píng)估的興趣。迄今為止，由于太空實(shí)驗(yàn)極其昂貴且耗時(shí)，因此僅進(jìn)行了兩項(xiàng)關(guān)于太空軟骨生物制造的研究。在他們的開(kāi)創(chuàng)性研究中，F(xiàn)reed等人在地球上旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器中的聚乙醇酸支架上生長(zhǎng)了牛關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞，為期3個(gè)月。之后，將軟骨構(gòu)造物在Mir空間站或地球上培養(yǎng)4個(gè)月。相反，Stamenkovi等在國(guó)際空間站（ISS）的微重力條件下，在隨機(jī)定位機(jī)（RPM）和正常重力下模擬豬微重力條件下，將豬軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)到圓柱室中16天。

盡管磁懸浮生物組裝具有許多優(yōu)勢(shì)，但與順磁介質(zhì)應(yīng)用相關(guān)的問(wèn)題仍然存在。Gd3 +螯合物是最常用的順磁劑。盡管Gd3 +螯合物已被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用作磁共振成像（MRI）的造影劑，但當(dāng)高濃度使用Gd3 +螯合物時(shí)會(huì)引起細(xì)胞毒性和滲透壓失衡。Gd3 +的這些不利的毒性作用代表了基礎(chǔ)和應(yīng)用研究在推進(jìn)磁懸浮生物組裝方面的挑戰(zhàn)。從理論上講，有三種可能的方法可以減少順磁性介質(zhì)的不良毒性作用：（i）開(kāi)發(fā)低毒的Gd3 +鹽或其他順磁性介質(zhì)；（ii）在高磁場(chǎng)中進(jìn)行懸浮生物組裝，以及（iii）進(jìn)行磁性懸浮生物組裝在微重力條件下。所有這些可能性都是正在進(jìn)行的系統(tǒng)調(diào)查的主題。

在本研究中，研究者專(zhuān)注于空間中微重力條件下3D軟骨構(gòu)造的懸浮生物組裝。為了在國(guó)際空間站上進(jìn)行軟骨構(gòu)造的生物制造，開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)方法，其中涉及定制的新型磁性生物組裝器“ Bioprinter Organ.Aut”（圖1）。在進(jìn)行空間實(shí)驗(yàn)之前，曾開(kāi)發(fā)了用于磁懸浮組件的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真來(lái)確定組織球體融合的動(dòng)力學(xué)。在實(shí)際空間實(shí)驗(yàn)中獲得的3D構(gòu)造與預(yù)先計(jì)算的參數(shù)非常吻合。因此，在這里，研究者報(bào)告了有史以來(lái)第一次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)致力于在空間微重力條件下，以低/無(wú)毒的Gd3 +螯合物濃度從活體組織球體中構(gòu)建的低濃度/無(wú)毒的Gd3 +螯合物。

打印后的磁性聚集

參考文獻(xiàn)

Parfenov V A , Khesuani Y D , Petrov S V , et al. Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space[J]. Science Advances, 2020, 6(29):eaba4174.

DOI: 10.1126/sciadv.aba4174

文章引用于 https://mp.weixin.qq.com/s/xhKFigcV6z7D3lK0F_uQlg