【基因|太空中的3D生物打印，送上去的是干细胞，接收到的是人体器官|3D打印】_

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基因|太空中的3D生物打印，送上去的是干细胞，接收到的是人体器官

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我们的身体中共有78个器官，如果其中的某个器官出现故障或损坏，可以通过手术或药物使其康复。
但是当损坏情况十分严重时，更换就成了唯一的办法，这个过程也就是我们所说的器官移植。
在世界范围内，器官移植领域面临着一个很棘手的问题——器官短缺，需要器官的病人太多但供体太少。

即使有了新的器官，血型也不一定与病人匹配，更甚的是，有时候器官会因为运输延误而无法及时送达。
那么，如何解决这些很现实的问题呢？目前看来，科学家正在尝试的生物打印技术很有可能为人类带来福音。

3D生物打印
打印这项技术大家都不陌生，一开始只有平面的二维打印，而现在3D打印技术可以实现任何立体物的打印。
3D生物打印也属于3D打印，顾名思义，它所用的是生物材料而不是普通的纸张或凝胶材料。
构成人体的基本单位是细胞，细胞组成组织，组织形成器官，器官构成系统，系统之后便是人体。
器官无法直接打印出，因此只能先打印出组织，再让它们生长成器官，而所用到的生物材料主要是细胞。

生物打印的第一步是构建立体模型，即通过核磁共振等方法取得患者的医学影像，再将平面影像重建成立体结构。
同时，分离出所要用到的细胞并通过培养使其增加到一定的数量，这个数量是根据立体模型来估算的。
第二步便是打印，这跟3D打印基本一样，都是在墨水匣中注入墨水，然后使用一个或多个打印头打印。

只不过生物打印中用到的是“生物墨水” ，它是细胞跟与其他生物相容性材料混合而成的液态物。
第三步是交叉链接，由于刚打印出的初始组织不稳定，需要人为地地使用离子溶液或紫外线使其固定。
最后一步是将该初始组织放入培养箱中培养，之后它会慢慢长成一个真正的组织，进而成为器官。

存在的难题
培养箱中有着丰富的营养物质，在这里细胞可以得到充分的生长，但是它们只会长“胖”而不会长“高” 。
因为它们受到了重力的影响，在重力的作用下，培养箱中的组织往往最后长成了扁平状而不是立体结构。
那人体中细胞也受到重力的作用，为什么它们可以向上生长呢？这是因为它们受到了人体独特环境的引导。

这种环境中有一种叫做细胞外基质的蛋白质结构网络，它引导着细胞的生长并在最后将所有的细胞结合在一起。
体外培养的细胞缺少体内的多种相互作用，因而它们无法形成结构完整、与正常器官结构相似的器官。
另外一个问题是，生物打印过程中通常要用生物相容性的材料作为支架或者模子，这是为了塑造初始组织的形状。

但对于柔软纤细的毛细血管来说，搭建“脚手架”的难度太大了，没有支架的话，形成毛细血管的细胞会塌陷，无法塑形。
而毛细血管是血管的重要终端，它们承担着血液与细胞之间的物质交换任务，没有它们的器官是不完整的。
那如何才能克服这两个难题呢？如何才能使细胞自由地按照基因表达的方向生长呢？科学家想到了失重。

太空的妙用
他们设想，如果细胞能够在没有地心引力的情况下生长，那么它们就不会沉到培养箱的底部。
为了验证这一想法，美国宇航局开发了一种可以模拟微重力的培养容器，事实证明，他们是对的！分页标题#e#
在微重力培养下的细胞果然没有形成二维的细胞层，而是在没有支架的情况下保持了理想的形状。

但是，要大规模地制造这种微重力容器的成本太高了，有没有更简单的方法呢？当然，拿到太空去！
美国的国际空间站就在地球上空400公里的位置，那里就有现成的微重力环境，是理想的实验场所。
2019年，与美国和俄罗斯有合作的一家以色列食品技术公司决定测试能不能在太空打印牛肉。

他们把牛的干细胞带到了太空并开始了上述的打印过程，结果是他们成功地打印出了牛的肌肉组织。
这个实验进一步证明了在太空打印组织的可行性，尽管没有人知道那块牛肉能不能吃，吃起来是什么味道。
如果牛肉真的好吃的话，那宇航员的伙食肯定能改善了，不仅如此，人们也不用辛苦地养牛了。

依旧有顾虑
牛肉可以打印是否意味着人体器官也可以完美地打印呢？可以这么认为，但器官跟牛肉还是不一样的。
【基因|太空中的3D生物打印，送上去的是干细胞，接收到的是人体器官】我们的初衷是为了救治病人，因此在太空打印的器官必须能够在地球上依旧保持健康，而不能出差错。
可事实是，在微重力环境下生长的器官难以适应地球上的大气压力以及无法抵抗重力的影响，甚至无法顺利返回地球。

在早期的太空实验中，科学家们在太空中打印的甲状腺和软骨组织仍在测试当中，具体结果还未披露。
另外，这些天外生长的细胞很可能发生基因突变，毕竟人为地干预基因的表达总是充满风险的。
不过，顾虑归顾虑，风险归风险，该大胆尝试的还是要尝试，不去探索、完善就永远不会进步。

与美国宇航局合作的一家生物设施设计制造公司（Techshot）已经有了重要突破，他们开发出了一种可以使组织变硬的培养系统。
将打印好的组织放置在这种培养系统中强化12至45天，然后它们会变得更健康、更强壮、更具生命力！

最后
3D生物打印技术的前景是非常可观的，它的作用不仅体现在救治地球上的人们，还会对太空航行起到重要的作用。
比如，如果宇航员在航行中遇到紧急情况，是返航回到地球救治好呢还是直接在飞船中接受治疗，当然是后者。
总之，在承担一定风险的前提下，科技的发展总能为我们带来意想不到的好处，这也是我们崇尚科学的意义所在吧！