供稿人：曾嘉禾、贺健康 供稿单位：西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室 发布日期：2024-12-09
太空三维生物打印为评估太空环境对肿瘤的复合效应提供了精确的仿生肿瘤模型，从而为了解疾病的进展和潜在的治疗方法提供了依据。然而，太空生物3D打印面临诸多挑战，包括发射前的不确定性、可能的液体泄漏、太空长期培养、设备自动控制、数据采集和传输。
清华大学生物制造中心生物打印与再生工程团队开发了一种小型化、自动化的太空3D生物打印设备，其具有体积小（220×250×150mm），重量轻（约6公斤）的特点以适合人造卫星平台。所开发的设备可自动控制实现3D打印、自动对焦和荧光成像功能，从而实现打印质量保证和及时反馈。实验结果显示3D肿瘤模型可能在太空中比在地球上对抗肿瘤药物更敏感，这有助于加速太空肿瘤生物学和医学的未来研究。
图1 太空3D生物打印实验流程图
空间生物打印装置主要包括3D打印模块、生物模块、显微镜模块和控制模块（图2A）。生物模块包括2个装有用于嵌入打印的悬浮介质的大室和8个装有肿瘤类组装体和培养基的小室，用于研究在太空中肿瘤模型的药物反应（图2B）。卫星入轨后，在控制模块驱动下将打印和生物模块加热至设定温度，然后设备通过3D打印模块对肿瘤模型进行在轨3D打印（图2E）。打印后，显微镜模块自动捕获生物样本的明场和荧光图像，并将其传输到卫星，然后传输到地面（图2F）。
图2 用于在轨实验的太空3D生物打印设备
该团队通过创新的生物墨水设计、生物打印技术与装备研发，首次实现了肿瘤模型在轨3D打印，发现耐药癌细胞在太空环境对化疗药物变敏感，有望加速太空生物医学研究，同时为肿瘤治疗提供新思路。