为什么要到太空中打印人体器官国际空间站上实验将解开生物打印的秘密

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为了更好地处理全球危重病人器官移殖紧缺的难题，一些科学研究工作人员正下手开发设计 三维 打印活物组织的技术性。但是，她们很有可能必须进到地球轨道才可以完成这一总体目标。

麦金尼斯・麦考利是德国国防军的战地医生，眼界过很多对人们来讲非常激烈的事儿。他医治过在发生爆炸中负伤的年青战士，“有的人在发生爆炸中失去身体，或是身负受伤”。在亲眼看到了迟缓的痊愈和修复全过程以后，麦考利逐渐思索，新的组织乃至全部器官是不是能够 简易地打印出去，以更换负伤的人体部位？假如可以移殖由受害方本身体细胞转化成的组织，那毫无疑问将大有益处。

麦考利与此同时也是美国国家航空航天局的航天员。依照以上念头，他在 2020 年花了好多个月時间在外星球开展了一系列不寻常的试验。2020 年 4 月，麦考利在国际空间站（ISS）日常生活了 272 天之后返回地球。在距地球大气层 400 千米的路轨上，他利用 三维 打印机和生物黑墨水转化成了由一个个细胞组成的活组织。

“这如同在家里拆换打印机打印机墨盒一样，”麦考利在提到他应用的机器设备时表示，“你放进打印机墨盒，让塑造组织生长发育，随后取下组织盒开展剖析。”一切到迄今为止好像都非常简单，但麦考利和他的航天员朋友纳塔莉・科赫往往挑选在路轨上做这种试验，实际上 是有缘故的。

“如果你在路面上 三维 打印塑造组织时，遭受作用力功效，他们会出现塌陷的发展趋势，”麦考利说，“这种组织必须某类（临时性、有机化学的）支撑架来固定不动一切，尤其是像心房心室那样的腔室。但在微重力自然环境中，他们不容易遭受这种危害，这就是为何这种试验这般有使用价值的缘故。”

▲ 麦金尼斯・麦考利在国际空间站开展的试验说明，器官能够 在低作用力自然环境下打印

国际空间站的微重力自然环境特别适合检测“生物生产制造机器设备”，这台机器设备于 2019 年发送进到路轨，其总体目标是将人们体细胞打印成器官样子的组织，预估将在 2021 年开展升級。一开始，麦考利试着用它来打印薄厚持续提升的心脏样组织，但此项技术性身后的精英团队期待对机器设备加以改进，以最后在外太空中打印出详细的身体器官，用以器官移殖。

从简易到繁杂

实际上，打印身体器官并并不像听起来那麼难以置信。很多生物技术性企业都是在科学研究有关的方式 ，以最后利用患者自身的体细胞来转化成新的组织。大部分学者选用的是 10 年以前得到诺奖的一种方式 ，对体细胞开展重编号，使其转换为干细胞美容；理论上，干细胞美容能够 长成身体的一切组织。给与适度的营养成分和塑造标准，这种干细胞美容能够 被诱发生长发育为特殊的体细胞种类。学者一般将干细胞美容飘浮在一个凝胶剂支撑架中，使持续生长发育的构造不至于塌陷，需要的体细胞种类就可以一层一层地打印出有作用的活物组织。

Cellink 是第一家将生物黑墨水商业化的的企业，其首席科学家伊特代尔・蕾德万表述道：“大家早已生产制造出了能取得成功移殖回生物体的组织，例如肌肤移植物。近期，大家已经科学研究激光器輔助打印技术性，以打印十分小限度的毛细管或别的毛细血管组织。这类细微限度的打印技术性尤为重要，但更关键的一步是将这类组织嵌入身体。”

据统计，用这类方式 打印出去的多功能组织和器官要移殖到身体还必须 10 到 15 年的時间。生物学家早已证实，三维 打印基本组织乃至迷你型器官是很有可能的。2018 年，美国纽卡斯尔高校的一个精英团队打印出了第一个人类眼角膜，而非洲特拉维夫高校的科学研究精英团队利用一名心脏病人的身体组织，打印出了一个小型心脏，她们觉得这能够 用以设计方案“心脏补丁包”，以修补心脏的损伤位置。之后，英国密歇根州立高校的生物学家更进一步，利用仿真模拟宝宝发育自然环境的干细胞美容架构，打印出了一颗迷你型人们心脏，这使人力造就出作用一切正常、具备全部必需体细胞种类和繁杂构造的心脏变成很有可能。

▲ 干细胞美容能够 用以一层一层地打印组织，但生产制造作用详细的繁杂器官依然是一个挑戰

但是，心脏仅仅一个相对性简易的“泵”，由一系列被全身肌肉组织包围着的腔室构成。有学者早已在搭建更繁杂的器官和组织构造层面获得了进度，一个科学研究工作组早已将神经元细胞融合到已打印的全身肌肉中，它是在未来移殖中修复全身肌肉操纵和作用的重要一步。

殊不知，搭建详细的繁杂器官，如肝部和肾脏功能，是一个更高的挑戰。这种器官混和了多种多样体细胞种类，铺满了毛细血管和神经元网络。

美国哈佛大学的仿生技术水利学专家教授珍妮弗・刘易斯开展过组织打印的试验，但她对仍需摆脱的阻碍持慎重心态。重塑一个器官的详细作用 —— 比如心脏主题活动的不对称性或肾脏功能的过虑作用 —— 并沒有大家想像的这么简单，拷贝器官产生（organogenesis）全过程将是很重要的一步，在这里一全过程中，身体组织和器官的多细胞膜的结构在试管胚胎中产生并发展趋势出不一样的作用。

“比如，大家发觉，与在身体产生的组织对比，试验室中产生的组织在作用上通常心智不成熟，”珍妮弗・刘易斯说，“在科幻片中很有可能非常容易就保证了这一点，但对大家而言这是一个理想。但是，将来几十年内，大家也许能见到这一理想变成实际。”

打印可供移殖的器官

从科学研究的视角看来，你也能够 对有特殊缺点的心脏开展生物工程项目更新改造，来检测新的医治方式。短时间，打印器官将有利于在试验室内更合理地仿真模拟病症并协助药品开发设计。这相反也会有利于降低小动物实验。从中后期看来，当详细器官能够 打印出去时，大家所遭遇的挑戰很有可能会变为怎样满足需求。现阶段，全球范畴内肾源器官比较严重紧缺，无法满足要求移殖器官的患者的要求。

现阶段全球大概有 100 数万人等待肾脏移植。据世界卫生组织组织可能，每一年大概有 13 万例器官移植术，但这只达到了移殖要求的 10%，可以为这些人给予器官自身便会实际意义重特大。

这些荣幸接纳肾源器官移殖的人还务必在此生中服食自身免疫病药品，以阻拦她们的人体对这种“外界”器官造成抵触。可是，假如移殖的新器官是用病人自身的体细胞打印出去得话，排异反应的风险性应当便会大幅度降低。

这种要求和潜在性的权益促使在外太空中打印器官越来越更有使用价值，即便必须资金投入极大的成本费。在外太空中打印器官并不划算。国际空间站的生物生产制造机器设备斥资 700 万美金，这还没有算上把体细胞和别的原料送进路轨，再将器官安全性带到地球上的成本费。在外太空中开展规模性打印也十分困难。因此，一些人逐渐科学研究是不是能够 在地球上拷贝路轨上的低作用力自然环境，以培养出来繁杂而敏感的器官。比如，乌克兰“三维 生物打印解决方法”（三维 biopprinting Solutions）企业就生产制造了一个系统软件，利用电磁场使组织飘浮起來，进而产生需要的构造。

专家还务必想办法让打印出去的器官具备一切正常工作中的毛细血管和末梢神经。但在此之前，国际空间站的生物生产制造设备也许还能够进一步挖掘其打印身体组织的发展潜力，达到工业生产和组织顾客的要求。一些人，例如 Techshot 企业的首席科学家里乌斯・博兰特，早已在构想有朝一日 —— 很有可能是在21世纪 30 时代或 40 时代 —— 在近地轨道上创建生物打印设备，利用微重力自然环境打印更繁杂的身体组织，或许还能授予其更优秀的作用。

针对别人来讲，她们在促进移殖技术革命的发展趋势时也许还带上某类十分个性化的追求完美。

“我的孩子出世时只有一个肺，”NScrypt 企业CEO肯・丘奇说，“她 27 岁了，如今状况优良，但依然只有一个肺。但是，这也要我逐渐科学研究组织工程项目 —— 那时候生物打印还不会有 —— 而且被这一定义吸引住了。”NScrypt 企业协助开发设计了麦金尼斯・麦考利在国际空间站上应用的生物打印机。

现阶段 NScrypt 企业已经开发设计下一代生物打印机。它是一种生物管式反应器，并不是利用低作用力自然环境来避免 打印出去的组织发生管理中心萎缩，只是选用了别的方式 ，如转动、晃动，或者在组织生长发育时引入co2。“假如我可以在我闺女的此生为她培养出来一个肺，我能觉得十分兴奋，”丘奇讲到。

▲ 生物学家已经试着的一种方式 是让组织在电磁场中飘浮生长发育

自然，大家一直非常容易被按需打印器官的市场前景吸引住，但大家还必须思索别的一些关键的难题。终究，打印身体器官的取得成功可能对人类社会造成长远的危害，尤其是在提升人均寿命层面。心脑血管疾病是现阶段大部分欧洲人身亡的关键缘故，据统计有三分之一的人丧生于心脑血管疾病。针对心脑血管疾病病人而言，用更年青、更健康的心脏更换原来心脏很有可能会增加几十年的使用寿命。但是，好像并并不是任何人都对这一念头觉得令人满意。

“大家收到了举报，有一封电子邮件称我们都是‘邪惡的化身为’，”BioLife2D 企业的雷蒙德说，“她们觉得，根据打印器官来增加性命不是对的，由于資源的稀有早已造成 了这般多的痛楚，性命的增加总是提升这类痛楚。”

也有别的潜在性的社会道德难题必须处理。“假如一些爸爸妈妈规定给他 12 岁的小孩换一个更高的心脏，使心率更强有力，高效率高些，那样他就能变成院校里的大牌明星选手，那应该怎么办？”莫如果我们能够 打印一个有两个心脏瓣膜的心脏，那为什么不打印一个附加内嵌2个心脏瓣膜的心脏呢？假如演变沒有给大家给予一个含有附加心脏瓣膜的心脏，大家也许也不应当那么做。但假如你不管怎样都需要拆换一个器官，我不想抵制用一个在一些层面有所改进的器官来取代它。”

充分考虑打印器官的昂贵成本费 —— 尤其是在路轨上打印出去的器官 —— 假如能打造在某种意义上历经加强的心脏或肺等器官，也许就能吸引住一些人来为这种技术性付钱。

“这将是一个十分有异议的难题，”BioLife2D 企业的组织技术工程师拉维・斐波说，“假如你从一个器官到另一个器官，慢慢更改一个人的一切，那也许可以说，留下的并并不是出世时的那人，只是某类其他生物。”

尽管现阶段的聚焦点是应用打印器官来开展拯救生命的手术治疗，但难以避免地也会有些人将其与整形手术开展较为。如今的难题是怎样在这彼此之间区划界线，非常容易看得出，大家很有可能会将挑选加强器官等同于为在健身运动中应用提分的药品 —— 大部分人很有可能抵制那么做，但这种药品依然在应用，依然在商业化的。

或许器官打印最引人注意的主要用途压根就不容易发生在地球上。伴随着人们逐渐深层次外太空，起先重回月球，再火星登陆，到时候生物打印也许将变成一个保持性命的关键专用工具。在离地球上上百万千米的地区，毫无疑问找不着是多少器官捐赠者，而别的物品也会紧缺，例如食材，这时生物打印就拥有立足之地。

“它是器官打印前沿的概率，”里乌斯・博兰特说。Techshot 企业已将在国际空间站上安裝生物打印机给予了一部分资产，并在航天员麦金尼斯・麦考利的帮助下完成了一些远程控制试验。该企业现阶段早已与太空站企业 Axiom Space 签定了一项协议书，将在国际空间站上安裝第一台商用生物打印机。

“最终，生物打印对太空探索也很重要，包含打印动物细胞做为食材，或是在诊疗紧急状况下打印人体细胞，”博兰特说，“此外，国际空间站上的这种试验将解除生物打印的一些密秘，使此项技术性能最先在地球上运用。它是真真正正的飞越時刻。”