人體的每一個器官都依賴於精密的細胞排列。例如，肝細胞、腎細胞及其各自的支持組織必須正確地擺放，才能使器官正常運作。重現這種細胞組織結構已成為生物列印領域的一大挑戰，科學家利用活細胞作為墨水，逐層構建生物結構。有趣的是，國際空間站（ISS）上的一項新實驗顯示，微重力環境可能有助於克服部分問題。位於加州的 Auxilium Biotechnologies 使用軌道生物列印機，在太空成功製造出含有人體腎臟、肝臟及軟骨細胞的組織，這是首次在地球之外報告的腎臟和肝臟組織的生產。
微重力環境有助於生物列印技術的發展
研究人員之一、北卡羅來納州維克森林再生醫學研究所（WFIRM）主任安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）表示：「在國際空間站成功生物列印活肝和腎組織，標誌著再生醫學的一個重要進展。」儘管此次任務並未生產出可移植的器官，但顯示出微重力可以幫助在列印的組織中更均勻地分佈細胞，這是製造活組織及其他複雜生物結構的重要一步。
研究人員為何轉向太空解決地球上的問題？在過去十年中，生物列印技術迅速發展，令科學家們對最終能創建再生醫學、疾病研究及藥物測試所需的組織充滿希望。然而，重力依然是一個令人驚訝的挑戰。當細胞和微小顆粒混入生物墨水中時，重力會導致它們隨時間漂移和沉降。這種運動可能會使某些區域細胞擁擠，而其他區域則細胞稀少。這一現象類似於藍莓在鬆餅麵糊中下沉的情況。
然而，在活體器官中，不同類型的細胞必須佔據非常特定的位置。如果這些細胞分佈不均或位於錯誤的位置，組織可能無法如預期那樣運作。Auxilium 的研究人員在開發神經修復植入物時首次遇到了這一挑戰，該植入物的版本已在臨牀試驗中進行。該公司希望藥物顆粒能在植入物中保持均勻分佈，以便修復的神經能獲得持續的再生化合物供應。由於這些顆粒在地球的重力下傾向於沉降，該公司開始探索微重力是否能提供更好的控制。
為了減少重力驅動的沉降影響，Auxilium 於 2024 年將其 AMP-1 軌道生物列印機送往國際空間站。此次任務將該工作從醫療植入物擴展到組織製造。來自維克森林再生醫學研究所的研究人員提供了人類腎臟和肝臟細胞以及組織設計，而 Auxilium 團隊則提供了能在微重力下製造組織的軌道製造平台。
太空製造的組織為未來醫療提供新可能性
在這次任務中，Auxilium 的 AMP-1 生物列印機使用含有活細胞的專用生物墨水，在國際空間站製造了腎臟、肝臟和軟骨組織。Auxilium 首席執行官雅各布·科夫勒（Jacob Koffler）表示：「我們首次在太空成功生物列印腎臟和肝臟組織，證明瞭複雜生物產品可以在軌道上製造。」工程師通過機載攝像頭從地球監控列印機，並可隨時上傳新指令，從而在任務期間調整列印操作。
該公司還將此次任務描述為在軌道上可擴展的多產品生物製造平台的首次示範。
與許多先前專注於單一產品或概念驗證實驗的太空製造示範不同，此次任務顯示一個自主平台可以在同一操作週期內生產多種組織類型和可植入醫療產品。科夫勒補充道：「我們還在同一次任務中使用相同的製造平台生產了軟骨組織和 28 個神經修復植入物。」這些組織和植入物隨著任務 AXLM-3 返回地球，該任務搭載於 NASA 的 SpaceX CRS-34 任務中。航天器於 2026 年 6 月 17 日在加州海岸附近著陸。
儘管這是一個令人鼓舞的步驟，但可移植的器官仍然遙不可及。科學家們目前正在分析回收的樣本，以更好地瞭解微重力如何影響組織質量和細胞組織。然而，儘管取得了這一里程碑，科學家們距離在軌道上列印出完全功能的替代器官仍有很長的路要走。在此次任務中生產的結構是實驗性組織，並非適合移植的完整器官。因此，就目前而言，這一成就最好視為早期的步驟，而非醫療突破。未來在患者中使用太空製造的組織仍需數年時間，研究人員仍需展示其相對於地球製造方法的明顯優勢。
儘管如此，這些結果提供了有力的證據，表明將重力從製造過程中去除可能有助於解決保持細胞準確位置的問題。阿塔拉表示：「在太空站實現的均勻細胞分佈，為在太空中製造醫療設備和組織提供了真實的可能性。」