人體內的每一個器官都依賴於細胞的精細排列。例如，肝細胞、腎細胞及其各自的支持組織必須正確地位於適當的位置，以便器官能正常運作。再現這種細胞組織已成為生物打印的一大挑戰，科學家利用活細胞作為墨水，逐層構建生物結構。有趣的是，最近在國際空間站（ISS）進行的一項實驗表明，微重力可能有助於克服部分問題。位於加州的 Auxilium Biotechnologies 成功地利用一台軌道生物打印機在太空中製造了包含人類腎、肝和軟骨細胞的組織，這標誌著腎和肝組織在地球之外生產的首次報導。
韋克森林再生醫學研究所的主任安東尼·阿塔拉（Anthony Atala）表示：「在國際空間站成功生物打印活肝和腎組織，標誌著再生醫學的一個重要進展。」
微重力環境促進細胞均勻分佈的可能性
儘管這次任務並未產生可移植的器官，但它顯示微重力可以幫助細胞在打印的組織中更均勻地分佈，這是邁向在太空中製造活組織及其他複雜生物結構的重要一步。為何研究人員選擇太空來解決地球上的問題？在過去十年中，生物打印迅速發展，令科學家對最終能創造再生醫學、疾病研究及藥物測試的組織充滿希望。然而，一個障礙卻始終難以克服：重力。當細胞和微觀顆粒混合進生物墨水時，重力會導致它們隨時間漂移和沉降。
這種運動會使某些區域的細胞過於密集，而其他區域則細胞過少。這種效應類似於藍莓在瑪芬麵糊中烘焙前沉到底部的情況。
太空生物打印技術的未來展望
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，或最終位於錯誤的位置，組織可能無法按預期運作。Auxilium 的研究人員在開發神經修復植入物時首次遇到這一挑戰，而這些植入物的版本已經進行臨牀試驗。該公司希望含藥顆粒在植入物中均勻分佈，以便癒合的神經能持續獲得再生化合物的供應。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可以更好地控制其放置。
為了減少重力驅動的沉降影響，Auxilium 於 2024 年將其 AMP-1 軌道生物打印機送往 ISS。此次最新任務將這一努力從醫療植入物擴展到組織製造。
韋克森林再生醫學研究所（WFIRM）的研究人員提供了人類腎和肝細胞以及組織設計，而 Auxilium 團隊則提供了能在微重力下製造組織的軌道生產平台。在此次任務中，Auxilium 的 AMP-1 生物打印機使用含有活細胞的專用生物墨水，在 ISS 上製造了腎、肝和軟骨組織。Auxilium 的首席執行官雅各布·科夫勒（Jacob Koffler）表示：「我們首次在太空中成功生物打印腎和肝組織，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打印機，並能在必要時上傳新的指令，從而在任務期間調整打印操作。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演示。
與許多以往只專注於單一產品或概念驗證實驗的太空製造演示不同，此次任務顯示了一個自主平台可以在同一操作週期內生產多種類型的組織和可植入醫療產品。「我們還在同一次任務中使用相同的製造平台，製造了軟骨組織和 28 個神經修復植入物。」科夫勒補充道。這些組織和植入物隨著 AXLM-3 任務返回地球，該任務搭載於 NASA 的 SpaceX CRS-34 飛船上。該太空船於 2026 年 6 月 17 日在加州海岸附近降落。
這是一個有前景的步驟，但可移植的器官仍然遙不可及。科學家們目前正在分析返回的樣本，以更好地瞭解微重力如何影響組織質量和細胞組織。然而，儘管這一里程碑的取得，科學家們仍距離在軌道上打印完全功能的替代器官還有很長的路要走。此次任務中生產的結構是實驗性組織，而非適合移植的完整器官。因此，當前的成就最好被視為早期的進展，而非醫療突破。
未來在患者體內使用太空製造的組織仍需數年時間，而研究人員仍需證明其相對於地球生產方法的明顯優勢。不過，這些結果為消除製造過程中的重力影響提供了令人信服的證據，並可能有助於解決保持細胞在應該所在位置的問題。阿塔拉表示：「在太空站上實現的均勻細胞分佈為在太空中製造醫療設備和組織指明瞭真正的可能性。」