太空可能是培育人体器官的最佳场所

三维打印机现在已经可以打印出糖果、衣服，甚至老鼠卵巢。但在未来十年，专门的生物打印机可能会开始在太空中制造功能正常的人体器官。事实证明，太空中最小的重力条件可能比重力很大的地球更适合制造器官。

如果成功，太空打印器官将有助于缩短移植等候名单，甚至消除器官排斥。尽管还有很长的路要走，但国际空间站 (ISS) 的研究人员希望最终能够用成人人类细胞（包括干细胞）组装器官。

医学领域最近才开始普遍采用 3D 打印技术，尤其是在再生医学和假肢等生物医学领域。到目前为止，这些打印机已经通过反复喷洒生物墨水（一种由活体人类细胞和其他组织组成的物质，旨在模拟生长器官周围的自然环境）制造出了血管、骨骼和不同类型的活组织的早期版本。

科学家已经打印出简单的器官前体结构，例如微型肝脏模型和类似肺的气囊。但目前，大多数此类模型都难以保持直立。

最近，研究人员发现地球可能不是培育独立器官的最佳环境。由于重力在生长过程中不断对这些脆弱的结构施加压力，研究人员必须用支架包围这些组织，这通常会削弱脆弱的静脉和血管，并阻止即将发育成的器官正常生长和运作。然而，在微重力环境下，软组织可以自然保持其形状，无需周围支撑——这一观察结果促使研究人员前往太空。

印第安纳州的一家制造实验室认为，其技术可以在太空领域发挥关键作用。3D 生物制造设施 (BFF) 是一款专用 3D 打印机，它使用生物墨水来打印比人类头发薄几倍的层。它的建造成本约为 700 万美元，采用现存最小的打印头。

BFF 是航天设备开发商 Techshot 和 3D 打印机制造商 nScrypt 的创意，于 2019 年 7 月搭乘 SpaceX CRS-18 前往国际空间站。

目前，该项目的重点是制造越来越厚的人造心脏组织并将其送回地球。一旦打印的心脏组织达到一定厚度，研究人员就更难确保打印结构的各层有效地相互生长。不过，最终他们希望器官能够完全成型。

打印器官最终需要血管和神经末梢才能正常工作，尽管该技术目前尚不存在。

下一阶段——在显微镜下和动物体内测试心脏贴片——可能持续四年。至于整个器官，Techshot 声称计划在 2025 年后开始生产。目前，该项目仍处于起步阶段。

Techshot 公司发展副总裁里奇·博林 (Rich Boling) 表示：“如果你看一下我们打印出来的材料，你会发现它非常朴素。它只是一个长方体形状，一个矩形盒子。我们只是想让细胞一层层地生长到下一层。”

像煎饼一样“烹饪”器官

博林说，将制造过程比作煎饼。航天员首先用从地球送来的细胞制作定制的生物墨水“煎饼”混合物，然后用注射器类工具将其装入 BFF 中。

然后，研究人员将一个盒式磁带插入装有生物反应器的 BFF 中——生物反应器是一种模拟健康组织生长所必需的正常身体功能的系统，例如提供营养和排出废物。

在距离地面约 200 英里的印第安纳州格林维尔，Techshot 工程师通过 NASA 支持的安全数字通道与国际空间站宇航员取得联系。通过这种连接，Techshot 可以远程控制 BFF 功能，例如泵压、内部温度、照明和打印速度。

接下来，实际的打印过程发生在生物反应器内，根据形状的复杂程度，打印过程可能需要几分钟到几个小时的时间。在最后的生产步骤中，细胞培养高级太空实验处理器 (ADSEP) 将“烘烤”理论上的薄饼；本质上，ADSEP 会使打印的组织变硬，以便返回地球。对于不同类型的组织，这一步可能需要 12 到 45 天的时间。完成并变硬后，该结构将返回地球。

研究人员目前已经历了三次测试，每次测试都愈发精确。今年三月，他们将开始第三轮实验。

生物打印机太空竞赛

博林说，BFF 实验室是唯一开发这种特定类型微重力生物打印机的团队。不过，他们并不是唯一希望在太空打印人体器官的团队。

一个俄罗斯项目也加入了生物打印太空竞赛，但他们的技术截然不同。与 BFF 的生物墨水分层方法不同，俄罗斯生物技术实验室 3D Bioprinting Solutions 使用磁性纳米粒子来生产组织。电磁铁产生磁场，悬浮的组织在其中形成所需的结构——这项技术看起来像是从科幻小说中抄袭而来。

这是一家商业企业，就像 BFF 一样，由一家俄罗斯医疗公司创立，该公司因在太空打印肉类而声名狼藉。2014 年 3 月，这支俄罗斯团队成功组装并移植了甲状腺到老鼠体内，创造了历史。

2018 年 10 月，3D Bioprinting Solutions 的生物打印机在一次航天器坠毁事故中受损，但此后该公司重新振作起来。目前，该团队与国际空间站的美国和以色列研究人员合作。上个月，他们的团队制造了第一个太空生物打印骨组织。与美国项目类似，3D Bioprinting Solutions 旨在制造用于移植和一般修复的正常人体组织和器官。

“只是因为我们拥有技术可以做到这件事，我们就应该这么做吗？”

如果 3D 生物制造设施成功打印出可用的人体器官，它们将受到地球上的严格监管。里奇·博林说，美国对任何药物的审批程序都很严格，这对这项前所未有的发明构成了挑战。Techshot 预测太空打印器官至少需要 10 年才能获得法律批准，尽管这是一个不准确的估计。

随着监管机构的认可，微重力打印的人体组织可能会遭遇社会阻力。

每个国家都有不同的医疗移植相关法律。然而，随着生物工程进入最后的前沿，国际科研界可能需要制定新的星际合作指导方针。

国际空间站美国国家实验室临时首席科学家迈克尔·罗伯茨表示：“随着未来几年低地球轨道商业化进程不断加快，我们确实需要非常仔细地审视相关法规。其中一些法规将涉及道德问题：仅仅因为我们拥有技术，我们就应该这么做吗？”

爱丁堡大学科学技术与创新研究讲师尼基·韦尔默伦 (Niki Vermeulen) 研究了 3D 生物打印实验的社会影响。与任何地球项目一样，她敦促科学家不要过早让人们抱有希望；寻求器官移植的人可以在网上阅读有关 BFF 的信息，并认为它很快就会满足他们的需求。

“我认为，现在最重要的是预期管理，”Vermeulen 说道。“因为做到这一点确实相当困难，而且我们当然不知道它是否会奏效。如果奏​​效，那就太棒了。”

另一个主要问题是成本。她说，与其他尖端生物技术创新一样，这些器官也可能带来巨大的负担能力挑战。Techshot 声称，一个太空打印器官的成本实际上可能低于人类捐赠者捐赠的器官，因为有些人必须支付一生的抗排斥药物和/或多次移植的费用。然而，与传统的捐赠方式相比，目前还不知道 BFF 过程实际上需要多长时间。

此外，接受者还面临潜在的健康风险：Techshot 首席科学家尤金·博兰 (Eugene Boland) 表示，细胞操作始终存在基因突变的可能性。例如，经过改造的干细胞可能会导致接受者患上癌症。

他说，该团队目前正在努力确定并尽量减少任何危险。BFF 实验遵守 FDA 对“人体细胞、组织以及基于细胞和组织的产品”的具体规定。

现在，地面研究人员希望完善人类细胞操作：目前，美国有 100 多项临床试验测试培养的自体人类细胞，数百项试验测试培养多种来源的干细胞。

下一步

今年 3 月进行下一轮打印测试后，Techshot 将与希望打印软骨、骨骼和肝组织等材料的公司和研究机构分享这款生物打印机。博林说，他们目前正在为这些额外用途准备生物打印机，这可能会推动整个医疗保健的发展。

为了加快宇航员的工作速度，Techshot 目前正在建造一个可以在轨道上生产多种细胞类型的细胞工厂。这项技术可以减少地球和太空之间细胞运送的次数。

总部位于俄罗斯的 3D Bioprinting Solutions 同样计划在开发其核心项目的同时向企业和大学出售设备。

迈克尔·罗伯茨说，近年来，国际空间站接纳了大量商业项目，空间站变得越来越拥挤。40 至 50 年前，太空实验开始增多，但直到最近，它们主要优先考虑卫星通信和远程观察技术。从那时起，卫星已经从公交车大小缩小到比鞋盒还小。

过去十年，罗伯茨见证了科学研究兴趣的扩大，医学也成为其中的一部分。美国国立卫生研究院等机构现在正寻求利用太空来改善治疗，从大型制药公司到小型初创公司，都想参与其中。

他说：“那里的每个表面都粘有东西。”

由于国际空间站的空间和外部连接点已经用尽，罗伯茨预测商业企业将建造新的设施，用于制造和植物生长等特定活动。他认为这是进一步创新的好机会，因为国际空间站最初的设计目的要更加广泛。

总体而言，太空可能与第一个探索时代截然不同。

婴儿潮一代可能还记得 50 年前看到的模糊黑白月球登陆照片。在同一年里，他们可能会看到太空打印器官的出现。