歷史首次：腎臟和肝臟組織在太空打印，以應對地球上的關鍵難題

Auxilium 公司的 AMP-1 生物打印機在國際空間站上制造出腎臟、肝臟和軟骨組織。

人體內的每個器官都依賴于細胞精妙復雜的排列。例如，肝細胞、腎細胞以及它們各自的支持組織，必須處于正確的位置，器官才能正常工作。

在生物打印中，科學家將活細胞用作“墨水”，逐層構建生物結構，而復制這種細胞組織方式已成為生物打印領域的最大挑戰(zhàn)之一。

有趣的是，國際空間站（ISS）上的一項新實驗表明，微重力或許有助于克服部分難題。

總部位于加州的 Auxilium Biotechnologies 公司利用一臺軌道生物打印機，在太空成功制造出含有人類腎臟、肝臟和軟骨細胞的組織，這也是首次有報道稱在地球之外生產出腎臟和肝臟組織。

研究人員之一、北卡羅來納州維克森林再生醫(yī)學研究所主任安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）表示：“在國際空間站上成功生物打印出活的肝臟和腎臟組織，標志著再生醫(yī)學向前邁出了重要一步?！?/p>

盡管此次任務并未制造出可移植的器官，但它表明微重力有助于讓細胞在打印組織內分布得更加均勻，這是朝著在太空制造活體組織和其他復雜生物結構邁出的關鍵一步。

過去十年間，生物打印技術發(fā)展迅猛，讓人們對科學家最終能制造出用于再生醫(yī)學、疾病研究和藥物測試的組織燃起了希望。然而，有一個障礙始終出奇地難以克服：重力。

當細胞和微小顆粒被混合到生物墨水中時，重力會導致它們隨時間推移發(fā)生漂移和沉降。這種移動可能會使某些區(qū)域細胞堆積，而另一些區(qū)域細胞又過少。

這個效應就像在烘焙前，藍莓會沉到松餅面糊底部一樣。然而，在活體器官中，不同類型的細胞必須占據(jù)非常特定的位置。如果這些細胞分布不均或最終處于錯誤位置，組織可能就無法按預期發(fā)揮功能。

Auxilium 公司的研究人員在開發(fā)神經修復植入物時首次遇到了這個挑戰(zhàn)，其部分版本已在進行臨床試驗。

該公司希望含有藥物的顆粒能在植入物內均勻分布，這樣正在愈合的神經就能持續(xù)穩(wěn)定地獲得再生化合物。由于這些顆粒在地球重力下容易沉降，該公司便開始探索微重力能否更好地控制顆粒的分布位置。

為減少重力驅動的沉降效應，Auxilium 公司于 2024 年將其 AMP-1 軌道生物打印機送上了國際空間站。最近這次任務則將研究范圍從醫(yī)療植入物擴展到了組織制造。

維克森林再生醫(yī)學研究所（WFIRM）的研究人員提供了人類腎臟和肝臟細胞及組織設計方案，而 Auxilium 團隊則提供了能在微重力下制造組織的軌道制造平臺。

在這次任務中，Auxilium 的 AMP-1 生物打印機使用含有活細胞的特殊生物墨水，在國際空間站上制造出腎臟、肝臟和軟骨組織。

Auxilium 公司首席執(zhí)行官雅各布·科夫勒（Jacob Koffler）表示：“我們首次在太空成功生物打印出腎臟和肝臟組織，證明了復雜生物產品可以在軌道上制造?！?/p>

工程師們通過機載攝像頭從地球上監(jiān)控打印機，并可隨時上傳新指令，從而在任務期間調整打印操作。

該公司還將此次任務描述為在軌道上首次展示可擴展、多產品的生物制造平臺。

與以往許多只專注于單一產品或概念驗證實驗的太空制造演示不同，此次任務表明，一個自主平臺能在同一運行周期內生產多種組織類型和可植入的醫(yī)療產品。

科夫勒補充說：“我們在同一任務中，使用同一制造平臺，還生產了軟骨組織和 28 個神經修復植入物?！?/p>

這些組織和植入物搭乘“AXLM-3”任務返回地球，該任務隨 NASA 的 SpaceX CRS-34 貨運飛船飛行。飛船于 2026 年 6 月 17 日在加利福尼亞海岸附近濺落。

科學家們目前正在分析返回的樣本，以更好地了解微重力如何影響組織質量和細胞組織方式。

然而，盡管這是一個里程碑，但科學家距離在軌道上打印出功能齊全的替代器官仍有很長的路要走。此次任務中制造的結構是實驗性組織，而非適合移植的完整器官。

因此，目前這一成就最好被視為早期的一步，而非醫(yī)學上的突破。未來將太空制造的組織用于患者仍需數(shù)年時間，研究人員還需要證明其相較于地球制造方法具有明顯優(yōu)勢。

盡管如此，這些結果提供了令人信服的證據(jù)，表明從制造過程中去除重力，或許有助于解決讓細胞精確處于應有位置的難題。

WFIRM 主任安東尼·阿塔拉說：“在空間站上實現(xiàn)的均勻細胞分布，為在太空制造醫(yī)療設備和組織的真實可能性指明了方向?！?/p>

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