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吾们能在太空中制造器官吗?

发布时间:2020-11-18       点击数:154

  欧美av露b科技讯 久久18热点网11月16日新闻,你清新吗?3D打印人体器官的最佳地点其实是在太空。2019年,科学家为国际空间站开发了一台“3D生物制造设备”(3D BioFabrication Facility,简称BFF)。这是世界上第一台能够在太空中制造人体构造的3D打印机,于2019年7月搭载SpaceX公司的货运飞船到达国际空间站。在无重力条件下打印人体构造听首来很酷,但科学家们为什么会做如许的尝试呢?

  吾们的身体有78个器官,它们祥和地做事,使吾们每镇日、每一年都能维持平常的心理功能。然而,总是会有那么镇日,吾们的某个身体组件能够会失灵或损坏,无法再保持健康的状态。吾们未必能够经历药物或手术来修复,未必则无法保留原有的器官,更换便成为唯一的解决方案。这些受损或功能失调的器官会被捐献者挑供的健康器官所取代。

  然而,一个可哀的原形是,有太众的病人必要器官,而异国有余的器官施舍者。器官欠缺是一个世界性的大题目。仅在美国,就有超过10万人在期待器官移植。即使有可用的器官,供者的血型也能够与受者的血型不匹配。这是一个绝对必要的条件,由于血型不匹配对批准移植者来说能够是致命的。更糟糕的是,未必器官能够在运输途中丢失,或不克及时送到预期患者手中。

  为晓畅决这些专门现实的题目,科学家正在尝试3D打印生物构造。

装有细胞和培养基的构造培养瓶。装有细胞和培养基的构造培养瓶。

  生物打印——打印活构造

  生物打印是3D打印技术的形势之一,更实在地说,便是打印活构造。生物墨水由干细胞和供其滋长的营养物质构成,在打印时被一层又一层地增补到支架上。为什么用干细胞?由于它们能够变成肆意类型的细胞。在生物打印过程完善后,器官将被安放在生物逆答器中,在那里进一步成熟,形成一个功能平常的器官。

  在《碟中谍》系列电影中,IMF幼组也行使了同样的技术来打印面罩。但原形上,这项技术还异国电影中表现的那么先辈。

  地球的题目

  生活在地球上的所有生命都受到重力的作用,不论你是像蓝鲸相通大,照样像病毒粒子相通幼,重力的影响无处不在。这栽影响甚至能够到达细胞程度。对细胞而言,重力其实专门主要,由于它请示着氧气和营养物质在细胞内的起伏和分配。

  不过,地球的重力也给生物打印带来了两个题目。

  最先,重力使细胞层变平。在构造培养设备中,细胞清淡在构造培养瓶中培养。这些瓶子里装满了营养雄厚、供细胞滋长所用的液体培养基,使科学家能够在异国动物伦理题目的情况下进走生命实验。然而,这些烧瓶中的细胞会在容器底部形成扁平层。在细胞和构造滋长的过程中,重力会使它们压缩,迫使它们在层叠形成扁平的二维层。这并不是器官自然发育的手段。

  在体内,生物构造的形成是三维的。即将成为器官的特定细胞会受到人体稀奇环境的引导,这栽稀奇环境,便是一个被称为“细胞外基质”(extracellular matrix)的蛋白质结构网。随着这个基质的形成,器官的其他细胞也会滋长和成熟;而在器官发育的过程中,这个基质会把所有的东西固定在一首。然而,在塑料培养容器内,异国体内的众栽相互作用,细胞无法形成功能齐全、结构相通的器官。

  这就引出了第二个题目。

  “脚手架”的主要性

  生物打印必要支架。在异国细胞外基质的情况下,支架能够充当模具,使最初的细胞层能够准确地自吾成形,并为器官挑供结构赞成。打印软软细密的构造(如毛细血管)是一项重大的挑衅,由于在这些地方行使支架是不能够的。倘若异国这栽支架,用于打印这些软构造的细胞很容易在自身重力的作用下崩塌。那么,如何才能不必这些支架呢?

  解决方案:太空

  钻研人员绞尽脑汁,期待找到一栽不必支架来制造细微构造的手段。到了20世纪70年代,美国国家航空航天局(NASA)约翰逊航天中央的钻研人员想到,能够行使太空来解决这个题目。他们倘若,倘若细胞能够在异国地球重力的情况下滋长,那它们就不会沉降到培养容器的底部;相逆,漂浮在微重力环境中的细胞能够会以相通于体内发生的手段拼装成器官。

  为了验证这一倘若,美国国家航空航天局开发了滚筒式生物逆答器(Rotating Wall Vessel,简称RWV),一栽用来模拟微重力的培养容器。原形表明,钻研人员是对的!在微重力条件下培养的细胞不会形成二维层,并且能在异国支架的情况下保持理想的形状。然而,大周围行使外明,这栽技术相等冗长和腾贵。一个更浅易的选择是将生物打印技术迁移到太空。

  在距离地球外貌400公里的地方,也就是国际空间站所在的位置,重力清晰削弱。原形上,那里的重力是如此纤细,以至于物体望首来都异国重量,漂浮在太空中。这栽纤细的重力称为“微重力”。同样的细胞在地球上进走生物打印时,只能形成塌陷的软构造,但在微重力下却能保持平常的形状。所以,在国际空间站上,生物打印复杂和薄弱的构造变得容易得众。

钻研人员在国际空间站进走了生物打印构造器官的试验。钻研人员在国际空间站进走了生物打印构造器官的试验。

  太空牛肉

  肌肉是一个比其他复杂人体器官(如肾脏)浅易得众的最先。比这更添浅易的能够是在微重力环境下生物打印牛排。一家公司也这么认为。2019年9月,以色列食品技术公司Aleph Farms决定与俄罗斯和美国配相符,试验在太空打印牛肉的可走性。他们将牛干细胞送入太空,并成功进走了肌肉构造的生物打印。

  不过,异国人清新这栽肉的味道如何。这个实验最后表清新在太空中打印生物构造是可走的。能够有镇日,生物打印不光能为宇航员挑供一栽方便的替代食物,而且还会行为一栽更可不息的手段,已足世界上对牛肉的需求,而不会造成畜牧业的高环境成本。

  除了肉类生物打印以外,钻研人员还在太空中进走了器官打印试验。他们的计划是在太空中打印出甲状腺和软骨构造。

  把器官从太空运到地球

  这些器官能够在太空中打印得更益,但你能够想清新,它们被带回地球后会如何。原形上,重力的增补实在会对这些生物打印的构造结构施添很大的物理压力。

  Techshot是一家与美国国家航空航天局配相符设计BFF的公司,开发了一栽细胞培养编制,能够使构造变硬,使其在必定程度上招架重力的影响。活构造的生物打印能够在镇日内完善,然后安放在这个该编制中,进走12到45天的深化。经过这一成熟过程,新的生物打印构造会变得更健康,功能更强,更有活力,能够承受返回地球的旅程。

  此前在太空实验中生物打印的甲状腺和软骨构造将被运回地球,进走进一步的测试。钻研人员将不悦目察这些器官和构造的内部结构,并晓畅空间运输对它们的影响。现在,吾们仍在期待效果。

  风险

  与生命中的所有事情相通,在地球以外培养器官和构造也存在必定的风险。细胞在微重力环境下滋长时,不论是在地球上照样在太空中,都会发生基因外达的转折。操纵和修改干细胞本身就增补了癌变的能够性。毫无疑问,操作生命体从来不是一件浅易的事情!

  结论

  远距离太空旅走和走星追求是人类不息以来的梦想,而成功完善生物打印项现在对实现这一梦想至关主要。据推想,单程前去火星就必要500天旁边。倘若宇航员在那段时间内发生危险医疗事故,很能够就无法返回并导致义务休止。所以,用于新生医学主意的生物打印对于永远太空旅走的宇航员来说至关主要。

  在地球上,倘若总共顺当的话,在太空中对器官进走生物打印有能够终结必要器官移植者的漫永远待。这项技术还能够清除器官排挤的重大风险,由于生物打印器官能够行使病人本身的细胞。自然,吾们也必须考虑能够的致癌副作用,但总体而言,在太空中打印器官,用人体自身的细胞按需滋长,是一个比现在现原形况更益的选择。(任天)

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