基于衛(wèi)星的三維腫瘤模型在軌打印

來源：中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造技術(shù)（3D打印）分會(huì)
供稿人：曾嘉禾、賀健康 供稿單位：西安交通大學(xué)精密微納制造技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

太空三維生物打印為評(píng)估太空環(huán)境對(duì)腫瘤的復(fù)合效應(yīng)提供了精確的仿生腫瘤模型，從而為了解疾病的進(jìn)展和潛在的治療方法提供了依據(jù)。然而，太空生物3D打印面臨諸多挑戰(zhàn)，包括發(fā)射前的不確定性、可能的液體泄漏、太空長期培養(yǎng)、設(shè)備自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸。

清華大學(xué)生物制造中心生物打印與再生工程團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種小型化、自動(dòng)化的太空3D生物打印設(shè)備，其具有體積?。?20×250×150mm），重量輕（約6公斤）的特點(diǎn)以適合人造衛(wèi)星平臺(tái)。所開發(fā)的設(shè)備可自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)3D打印、自動(dòng)對(duì)焦和熒光成像功能，從而實(shí)現(xiàn)打印質(zhì)量保證和及時(shí)反饋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示3D腫瘤模型可能在太空中比在地球上對(duì)抗腫瘤藥物更敏感，這有助于加速太空腫瘤生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的未來研究。

圖1 太空3D生物打印實(shí)驗(yàn)流程圖

空間生物打印裝置主要包括3D打印模塊、生物模塊、顯微鏡模塊和控制模塊（圖2A）。生物模塊包括2個(gè)裝有用于嵌入打印的懸浮介質(zhì)的大室和8個(gè)裝有腫瘤類組裝體和培養(yǎng)基的小室，用于研究在太空中腫瘤模型的藥物反應(yīng)（圖2B）。衛(wèi)星入軌后，在控制模塊驅(qū)動(dòng)下將打印和生物模塊加熱至設(shè)定溫度，然后設(shè)備通過3D打印模塊對(duì)腫瘤模型進(jìn)行在軌3D打印（圖2E）。打印后，顯微鏡模塊自動(dòng)捕獲生物樣本的明場和熒光圖像，并將其傳輸?shù)叫l(wèi)星，然后傳輸?shù)降孛妫▓D2F）。

圖2 用于在軌實(shí)驗(yàn)的太空3D生物打印設(shè)備

該團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新的生物墨水設(shè)計(jì)、生物打印技術(shù)與裝備研發(fā)，首次實(shí)現(xiàn)了腫瘤模型在軌3D打印，發(fā)現(xiàn)耐藥癌細(xì)胞在太空環(huán)境對(duì)化療藥物變敏感，有望加速太空生物醫(yī)學(xué)研究，同時(shí)為腫瘤治療提供新思路。

參考文獻(xiàn)：
X. Mo, Y. Zhang, Z. Wang, X. Zhou, Z. Zhang, Y. Fang, Z. Fan, Y. Guo, T. Zhang, Z. Xiong, Satellite-Based On-Orbit Printing of 3D Tumor Models. Adv. Mater. 2023, 2309618. https://doi.org/10.1002/adma.202309618