宇航员利用磁力成功地打造了人体软骨

国际空间站（ISS）上的一名宇航员利用磁力成功地打造了人体软骨。

这项壮举是通过安装在空间站上的磁悬浮生物组装装置实现的。这台机器使人类细胞群能够组装成组织结构，而无需使用物理支架。近日发表在Science Advances杂志上的一篇论文描述了这项实验。

斯坦福大学研究员、论文作者Utkan Demirci说：“人们可以想象，在不久的将来，如果我们殖民火星或进行长期太空旅行，我们可能会想做一些实验，在太空中构建功能性组织，并在外星环境中进行测试。”

想象一下，你的皮肤或骨骼受到了与太空有关的损伤，可以用生物工程组织修补，就像电影《星际探索》（Ad Astra）一样，人们在这个红色星球上生活、工作和接受医疗。

虽然能够打印生物材料的生物打印机已经存在于地球上，但这些设备无法在太空中工作，因为它们依赖于地球相对强大的重力的存在。人们可以想象，在不久的将来，人们在火星上定居或是进长期太空旅行时，可以直接在太空中“构建”功能组织在外星环境里进行测试。相比之下，在地球上打印生物材料的方式就像挤牙膏，严重依赖重力作用，离开重力就没办法进行。

然而，磁悬浮在轨道上运行得很好。这种方法是将物体悬挂起来，除了磁力外没有其他支撑物。它可以用来抵消重力加速度和任何其他加速度的影响，也可以在没有重力的情况下保持物体的位置。

另一方面，我们通常认为生物组织不能像金属一样被磁场所操控，但在 2015 年，斯坦福大学的 Utkan Demirci 和 Naside Gozde Durmus 证明，活细胞可以在顺磁性流体介质中被操纵。

这需要将两个强大的相对的磁体放置得无限靠近，来产生高梯度力。反磁性的细胞和顺磁性流体的磁化率之差乘以磁场梯度，足以平衡细胞的重量，从而使其悬浮。反磁性的细胞和顺磁性流体组成的微流体通道位于磁体之间。

也就是说，当细胞组处于这些条件下时，它们会“迁移”到培养基中的同一位置，组装成3D组织结构和类器官。

位于莫斯科的生物技术研究实验室，CD Bioprinting Solutions的Vladislav Parfenov和他的同事们后来扩展了这个想法，他们制造了一种装置，可以将一组称为球体的细胞组装成三维结构。这就是最终进入太空的装置。

将这台设备运到国际空间站并不容易，Utkan Demirci 说：“对于将机器放置在空间站有许多苛刻的标准。而且，由于国际空间站上没有相关光学设备，例如显微镜，因此必须在设备中安装特殊的摄像头来记录细胞的活动。

一切准备就绪之后，2018年11月，将设备运送到国际空间站的火箭炸毁了。Vladislav Parfenov 和他的团队又重新制造了一个生物组装器，并在12月将其送上了哈萨克斯坦的下一枚火箭。

在探测器到达国际空间站俄罗斯分部的一天后，宇航员Oleg Kononenko 进行了实验，包括将顺磁性介质与软骨细胞(来自人类膝盖和臀部)一起注射到试管中冷却，将它们放入磁性生物组装器中，然后按下“Go”-运行键。

Deirci说，这是细胞和类器官首次在太空中组装和生物加工。他说：“人们一直在进行生物学实验和在太空中培养细胞，但能够利用生物制造工具将这些积木组装成更复杂的结构，这还是第一次。”

这样的实验也有助于研究有益于地球生命的细胞相互作用。“在没有重力的情况下，细胞和蛋白质的行为非常不同，”Deirci说。他说，在没有引力噪声的情况下理解这些相互作用可以揭示药物和细胞如何相互作用的新信息。