今年，3D Bioprinting Solutions公司Vladimir A. Mironov教授等领导团队在 Science Advances期刊上发表了“Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space”的文章。这是人类太空中首次进行生物3D打印（实验做于2018年）。

摘要：三维（3D）组织构造的磁悬浮生物组装代表了一种快速兴起的无支架和无标签的方法以及组织工程学中的替代性概念进展。磁性生物组装器已针对生命空间研究进行设计，开发和认证。这是3D组织构造首次在微重力下由人类软骨细胞组成的组织球体在太空中进行生物制造。生物组装和顺序组织球体融合与已开发的预测数学模型和计算机仿真呈现出很好的一致性。组织构建体显示出良好的生存能力和组织球体融合过程的晚期。因此，数据有力地表明，使用磁场进行无支架的生物成型可替代传统的基于支架的方法，这是可行的替代方案，这暗示了可以大大促进组织工程研究的新观点。太空中的磁悬浮生物组装还可以促进太空生命科学和太空再生医学。

太空生物3D打印机展示视频

在太空实验中，软骨生物组装的选择尤其取决于对长期飞行中微重力对人椎间盘和关节软骨的影响的评估的兴趣。迄今为止，由于太空实验极其昂贵且耗时，因此仅进行了两项关于太空软骨生物制造的研究。在他们的开创性研究中，Freed等人在地球上旋转生物反应器中的聚乙醇酸支架上生长了牛关节软骨细胞，为期3个月。之后，将软骨构造物在Mir空间站或地球上培养4个月。相反，Stamenkovi等在国际空间站（ISS）的微重力条件下，在随机定位机（RPM）和正常重力下模拟猪微重力条件下，将猪软骨细胞生长到圆柱室中16天。

尽管磁悬浮生物组装具有许多优势，但与顺磁介质应用相关的问题仍然存在。Gd3 +螯合物是最常用的顺磁剂。尽管Gd3 +螯合物已被美国食品药品监督管理局批准用作磁共振成像（MRI）的造影剂，但当高浓度使用Gd3 +螯合物时会引起细胞毒性和渗透压失衡。Gd3 +的这些不利的毒性作用代表了基础和应用研究在推进磁悬浮生物组装方面的挑战。从理论上讲，有三种可能的方法可以减少顺磁性介质的不良毒性作用：（i）开发低毒的Gd3 +盐或其他顺磁性介质；（ii）在高磁场中进行悬浮生物组装，以及（iii）进行磁性悬浮生物组装在微重力条件下。所有这些可能性都是正在进行的系统调查的主题。

在本研究中，研究者专注于空间中微重力条件下3D软骨构造的悬浮生物组装。为了在国际空间站上进行软骨构造的生物制造，开发了一种新技术方法，其中涉及定制的新型磁性生物组装器“ Bioprinter Organ.Aut”（图1）。在进行空间实验之前，曾开发了用于磁悬浮组件的数学模型和计算机仿真来确定组织球体融合的动力学。在实际空间实验中获得的3D构造与预先计算的参数非常吻合。因此，在这里，研究者报告了有史以来第一次实验的结果，该实验致力于在空间微重力条件下，以低/无毒的Gd3 +螯合物浓度从活体组织球体中构建的低浓度/无毒的Gd3 +螯合物。

打印后的磁性聚集

参考文献

Parfenov V A , Khesuani Y D , Petrov S V , et al. Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space[J]. Science Advances, 2020, 6(29):eaba4174.

DOI: 10.1126/sciadv.aba4174

文章引用于 https://mp.weixin.qq.com/s/xhKFigcV6z7D3lK0F_uQlg