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2016年07月17日 星期日 放大 缩小 默认   
高空模拟失重状态
三维打印心脏部件
凌启渝
  6月早些时候,墨西哥湾附近9100米的高空出现了一架飞机,它在飞行中模拟失重状态,而机载的三维生物打印机则打印出心脏和血管结构。这个项目是几家公司试验零重力环境下技术的共同努力,目标是未来生产更好更多的可用人体器官。

  飞行由零重力公司改造的波音727飞机执行。根据设计,它在作抛物线飞行时能导致物体重量减轻,飞在其弧线顶端时基本上达到零重力。失重时间能持续20-30秒。试验中,飞机共作了25次抛物线飞行,其中几次,机载三维打印机启动工作,打印出心脏和血管结构。打印出的结构都是些能在短暂时间段内完成的;而使用的材料则是人类干细胞。

  附图是当时飞机上的一个场景,正在接受失重训练的学员们“群魔乱舞”,而Techshot公司的那台打印机正在默默地工作。

  领衔该项目的Techshot公司参与空间设备和实验的研制已有多年,根据与美国宇航局的太空行动协议商业化操作国际空间站(ISS)上的一些设备。所用的三维打印机由nScrypt公司开发,生物墨水则来自bioficial器官公司。bioficial曾让成人干细胞在生物打印后成功地存活,达到用于移植的要求。

  那么,为什么要把生物打印安排在失重环境下进行呢?听听Techshot首席科学家尤金·博兰的回答。

  从材料学的角度来看,生物墨水是细胞、蛋白质、聚合物、生长因子混合在一起组成的特殊“鸡尾酒”。在打印过程中,这些生物墨水均匀分布在蜂蜜和明胶中。而材料溶液需要有一定的稠度,以便打印机模仿自然打印出来的复杂几何形状保持“有型”。遗憾的是,地球上大多数使生物墨水稠的“招数”往往使材料变得“细胞不友好”。

  在太空则完全不同,没有了重力,生物墨水的制备更注重其生物活性的优化,而几何结构的完整性则不必刻意追求。博兰说,我们第一次能按最终器官决定配方,而不再是强度够大才好。

  团队的下一步将研制更小而功能更强的三维生物打印机,希望在1月份用于商业太空舱。而2018年供国际空间站使用的版本,将能打印更厚、更复杂的人体组织。

  博兰认为,失重状态下的生物打印不但能产生更好的器官,也有助于解决器官短缺和成本的问题。

  “在低地球轨道制造并不便宜,但按名单坐等心脏移植也一样昂贵。绝大多数患者在医院进进出出,在重症监护病房度过,可能还得植入辅助泵,花几十万美元,等上数年,可悲的是许多人最后仍因可移植器官短缺而死亡。”

  “现在,设想病人需要一个器官,比如心脏,只要从其身上取些脂肪,从中再取干细胞和基质细胞,混合成定制的生物墨水,送去国际空间站打印和长成,约1个月后返回到地球让病人植入。”他展望说,“要是有位移植病人能说‘我的心脏来自外太空’,这是耐人寻味的远景。”

  博兰希望这个方案就像目前的血液和组织器官移植流程一样简明。不过他并没有给出定价,项目也尚未获得监管部门批准,这其实正暗示了生物打印技术还有很长的路要走,才能成为现实。  凌启渝

     
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