俄罗斯宇航员3D打印太空中的软骨-生物打印

俄罗斯宇航员3D打印太空中的软骨-生物打印

2020-10-07 16:07:47 15

您可能想知道空间3D打印的意义是什么?毕竟,这不是我们可以在terra Firma上做的事情,而是花费其他更有价值的时间进行与遥远星系有关的实验吗?尽管NASA确实着眼于太空研究和即将到来的旅行(如前往火星的地方),但国际空间站(ISS)的实际目的是在进行科学研究时利用环境。随着科学家进一步沉浸于组织工程和尝试维持细胞的方法中,零重力为学习更多知识和完善生物打印提供了理想的环境。

现在,俄罗斯宇航员奥列格·科农年科(Oleg Kononenko)已在国际空间站上对软骨进行了生物打印,为太空旅行者提供了至关重要的价值,因为该技术可以为治疗星际伤害提供最终的急救方法。与莫斯科的3D生物打印解决方案合作开发的这项新技术在生物打印实践中使用了磁场。

3D打印机

Oleg Kononenko使用了由莫斯科公司3D Bioprinting Solutions开发的新型“无支架”组织工程方法,该方法使用磁场。

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这种被称为“悬浮生物组装”的方法,也可能为太空再生医学的发展铺平道路,这种医学可用于长途太空旅行,因为宇航员和宇航员可能要离开地球几个月或几年。他们使用了定制的生物组装机

为了避免创建支架时遇到的典型挑战,Kononenko依靠磁场的作用来实现微重力下细胞的自组装。该方法不仅在组织工程学领域总体上令人鼓舞,而且悬浮生物组装还为太空再生医学提供了巨大的潜力,如果太空旅行者受伤,并且可能不会长时间回到地球,这可能是必要的。

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将组织细胞放入温度可控的腔室中以释放软骨细胞,然后将比色皿放入磁性生物组装器中,以开始构建组织,如该图像所示

由于有关微重力对人类软骨影响的实验可能非常昂贵,因此以前仅进行了两项研究-成功地在支架等结构上生长细胞。在最近发表的《太空中3D组织构造的磁悬浮生物组装》中概述的这项研究中,俄罗斯研究人员意识到了使用磁悬浮生物组装的潜在问题-主要关注细胞毒性问题,因为generally (Gd 3+)螯合物被普遍使用在这样的工作中。

“从理论上讲,有三种可能的方法可以减少顺磁介质的不良毒性作用:(i)开发低毒的Gd 3+-盐或其他顺磁介质,(ii)在高磁场中进行悬浮生物组装,以及(iii)进行在微重力条件下进行磁悬浮生物组装。”作者解释说。

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(A)在热可逆的非粘性水凝胶中充填软骨球的方舟,具有顺磁性gadobutrol的培养基和固定液(福尔马林)。(B)在ISS上进行的实验的主要阶段:通过冷却至15°C来激活比色杯,在37°C磁性制造3D组织构建体,然后进行固定。(C)将比色皿运回地球。(照片提供:俄罗斯莫斯科生物技术研究实验室“ 3D生物打印解决方案” Vladislav A. Parfenov和Frederico DAS Pereira。)

对于这项工作,他们使用了无毒的Gd 3+螯合剂浓度,并使用COMSOL软件创建了必要磁场的模型,并成功地将生物组装与其准备的计算公式“很好地吻合了”。在实验过程中需要两个阶段,包括磁场的配置(在ISS的环境温度下进行),然后研究组织球体在逐渐稳定到实际3D组织中时的融合。

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(A)安装在磁性生物组装器中的磁体系统。(B)磁铁系统产生的磁场。(C)构造装配过程的建模。(D)组装后构造物的建模形状。(E)作为加多布特罗浓度和温度的函数的构建体组装的动力学。(图片来自``太空中3D组织构造的磁悬浮生物组装'')

这组作者解释说:“根据数学模型,组织球体融合的完整性水平高于50%,在某些碎片中,它达到了90%以上的可能压实。” “考虑到这一点,我们可以假设生物制造时间的延长将使软骨球完全融合成单个3D组织构造。”

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(A)太空中磁性生物组装机内部构造组装的延时照片。(B)使用“ Surface Evolver”软件将软骨球融合成3D结构的计算机模拟。(C)在空间中进行生物组装的实际顺序步骤;延时录像的快照。(D)组装的3D构造的宏观摄影返回地球。(E)在空间实验中组装的3D组织构建物的组织学[苏木精和曙红(HE)染色]和免疫组织化学[增殖标志物Ki-67和凋亡标志物caspase-3(Casp-3)]。(照片来源:美国宾夕法尼亚州塞林斯格罗夫的萨斯奎汉纳大学的Kenn Brakke;俄罗斯莫斯科生物技术研究“ 3D生物打印解决方案”实验室的Elizaveta Koudan。)

在宇航员和宇航员被迫自我维持时,必须考虑诸如疾病或伤害等问题,并且由于能够在没有脚手架的情况下再生骨骼或其他组织,因此可以避免四肢或死亡。导致“太空医学”的出现,这种突破可能意味着载人长期太空旅行会取得更好的成功。


文章内容来源于网络------

标签: 3D生物打印
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