國際空間站將接收新型生物打印機，用于太空在軌 3D 打印研究

2024年9月2日，南極熊獲悉，芬蘭生物打印公司Brinter AM Technologies Oy宣布將向國際空間站(ISS) 發(fā)射一款Brinter Core 3D 生物打印機。

Redwire Space NV將成為Brinter生物打印機的終端用戶，這家太空系統(tǒng)制造商正在領(lǐng)導(dǎo)一個由歐洲航天局資助的項目，旨在設(shè)計、開發(fā)和驗證國際空間站的 3D 生物系統(tǒng)設(shè)施。

經(jīng)過改裝后，Brinter Core 將能夠 3D 打印在軌 3D 生物樣本，并滿足嚴格的太空技術(shù)要求。該系統(tǒng)將集成到位于國際空間站哥倫布艙的 3D-BioSystem 設(shè)施中。   

一旦進入低地球軌道 (LEO)，國際空間站人員將使用 Brinter Core 測試微重力對 3D 打印細胞結(jié)構(gòu)的影響。這項研究旨在提高對如何應(yīng)對太空健康緊急情況的認識。它還將探索個性化藥物開發(fā)測試、毒理學(xué)和 3D 打印身體部位。  

Brinter AM Technologies Oy 首席執(zhí)行官托米·卡爾皮奧 (Tomi Kalpio) 評論道：“生物打印技術(shù)在支持太空醫(yī)療和提高機組人員在長期任務(wù)中的自主性方面具有巨大潛力�！�

他補充說，宇航員可以在治療皮膚燒傷或骨骼損傷時使用生物打印機“創(chuàng)建類似組織的結(jié)構(gòu)來替代身體受損的部位”。

△國際空間站上的 Redwire 生物制造設(shè)施。照片來自 Redwire。

新型生物打印機支持國際空間站研究  

Brinter表示，太空中 3D 打印細胞結(jié)構(gòu)將在支持人類太空探索方面發(fā)揮重要作用。長期和遠距離任務(wù)將需要新技術(shù)來治療嚴重的健康狀況，因為及時返回地球可能不是一種最便捷的選擇。

卡爾皮奧表示：“在長期深空探索任務(wù)中，需要用更少的資源做更多的事情，才能在充滿挑戰(zhàn)的太空環(huán)境中發(fā)揮作用，因此各種技術(shù)元素都需要進行優(yōu)化和小型化”。

該公司認為，將細胞或組織特異性生物材料與不同細胞類型和高分辨率 3D 生物打印相結(jié)合可以改善組織和器官建模方法。該研究還將有助于加深對組織生成、再生和壽命的生物物理機制的理解。  

太空和低地球軌道的低重力條件也為研究 3D 生物打印結(jié)構(gòu)提供了一個新環(huán)境，這些結(jié)構(gòu)可以發(fā)育成組織和更大的器官。在微重力環(huán)境中，細胞表現(xiàn)出空間不受限制的生長，并組裝成復(fù)雜的 3D 聚集體。然而，在地球上，細胞通常在 2D 單層培養(yǎng)中生長。   

微重力環(huán)境還具有消除 3D 打印過程中支撐結(jié)構(gòu)需求的優(yōu)勢。在低地球軌道上，可以 3D 打印出在生長過程中無需承受重量的結(jié)構(gòu)。

收到生物打印機后，國際空間站團隊將培養(yǎng) 3D 打印細胞、類器官、組織外植體和 3D 細胞基質(zhì)。這將提供一個獨特的機會來評估微重力、輻射和其他太空飛行因素對人體組織的影響。這包括骨骼、軟骨、上皮間充質(zhì)、血管網(wǎng)絡(luò)以及最終的完整器官。  

據(jù)報道，基于微重力的 3D 打印生物模型將在實現(xiàn)具有血管和神經(jīng)支配的可行且功能齊全的 3D 打印組織方面發(fā)揮重要作用。該研究旨在促進對有效生物工程和生物制造過程的理解，并優(yōu)化細胞和組織工程技術(shù)。

展望未來，Brinter 團隊正在努力邁出月球 3D 生物打印的下一步。  

△Brinter Core 生物打印機。照片來自Brinter

在軌 3D 打印

Brinter Core 系統(tǒng)將成為最新向國際空間站發(fā)射的生物打印機。過去幾年，增材制造公司、學(xué)術(shù)研究人員和商業(yè)企業(yè)已將 3D 打印技術(shù)送往微重力條件下進行測試。  

去年，Redwire 利用生物制造設(shè)施在國際空間站成功生產(chǎn)了3D 生物打印的人體膝蓋半月板。3D 打印的半月板隨后搭乘SpaceX的 Crew-6 任務(wù) 返回地球進行進一步分析。

3D 打印完成后，半月板在國際空間站Redwire 的高級太空實驗處理器 (ADSEP) 中培養(yǎng)14 天。NASA宇航員Frank Rubio、Warren Hoburg 和 Stephen Bowen 與阿聯(lián)酋宇航員 Sultan Al Neyadi 一起進行了這項調(diào)查。據(jù)說這項成就為太空中半月板損傷的治療開辟了更好的方法，半月板損傷是美國軍人最常見的損傷之一。  

2023 年，比利時的五家公司和研究中心還合作3D 打印人工心臟和循環(huán)系統(tǒng)，并將于 2025 年送往國際空間站。

作為 AstroCardia 項目的一部分，研究人員希望將微型心臟送入軌道，以便更好地研究該器官的衰老過程。這是因為在零重力條件下，心臟的衰老速度會快 20 倍。

除了生物打印之外，法國金屬 3D 打印專家AddUp 還根據(jù) ESA 合同開發(fā)了一款專為太空 3D 打印而設(shè)計的金屬 3D 打印機。該系統(tǒng)由該公司與空中客車防務(wù)與航天公司聯(lián)合開發(fā)，旨在評估增材制造在持續(xù)微重力條件下的能力和性能。