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为了在最精确的条件下生产肌肉组织，由Parth Chansoria博士领导的研究团队使用抛物线飞行来模拟太空的微重力环境。图片来源：苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)/Wiley在线图书馆
人类健康是太空旅行的阿喀琉斯之踵。苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的研究人员现在已经成功在零重力环境下打印出复杂的肌肉组织。这将使未来能够测试用于太空任务的药物。
在进入太空的过程中，宇航员的身体在零重力环境下会急剧恶化。为了解决这个问题并保护我们在太空中的先驱者，研究人员正在寻找现实的测试模型。
这正是苏黎世联邦理工学院研究团队的切入点。为了在最精确的条件下生产肌肉组织，由Parth Chansoria领导的研究团队使用抛物线飞行在短时间内模拟太空的微重力环境。这项技术成就使研究人员更接近他们的长期目标：在轨道上培育人体组织，以研究疾病并开发新疗法。
该研究发表在《先进科学》(Advanced Science)杂志上。
为什么在零重力下制造？
在地球正常重力条件下，生产肌肉组织等精细生物结构面临重大挑战。目标是打印出与人体内自然结构完全相同的组织。然而，重力会干扰这一过程。
对于3D打印，研究人员使用一种称为生物墨水(bio-ink)的特殊物质。这由与活细胞混合的载体材料组成。生物墨水及其嵌入细胞的重量可能导致结构在材料硬化前坍塌或变形。此外，细胞可能在生物墨水中不均匀下沉。这导致模型不够真实。
在微重力环境下，这些干扰力消失了。没有结构应力，研究人员可以按照人体中的排列方式精确生产肌肉纤维。这种精确构造至关重要：只有准确反映人体结构的模型，在测试新药物或研究疾病进展时才能提供可靠结果。
一种新型无重力依赖系统
为此，苏黎世联邦理工学院研究人员开发了一种名为G-FLight (无重力依赖丝状光, Gravity-independent Filamented Light)的新型生物制造系统。该系统能够在几秒钟内快速生产出有活性的肌肉结构。
G-FLight打印机和微丝结构示例打印。图片来源：《先进科学》(2025)。DOI: 10.1002/advs.202512727
通过使用特殊的生物树脂配方，研究团队在30次抛物线循环的失重阶段进行了3D打印。结果表明，在微重力下打印的组织与在重力下打印的组织具有相似的细胞存活率和相似数量的肌肉纤维。此外，开发的工艺使装载细胞的生物树脂能够长期储存，这对未来在太空的应用非常理想。
地球以外的疾病模型
在微重力环境下成功生产肌肉结构代表了太空研究和生物医学领域组织工程的重要进展。目标是利用这些技术在国际空间站或未来轨道平台上生产复杂的人体类器官和组织。
在太空中，研究人员可以借助这些"器官模型"进行基础研究：它们被用来研究诸如肌肉营养不良或由失重引起的肌肉萎缩等疾病。此外，它们可用于测试治疗药物在更能反映人体复杂性系统中的有效性——因为在失重状态下进行3D打印可以如此精确和准确地排列肌肉纤维。
更多信息：Michael Winkelbauer等人，《延长细胞包封和无重力依赖丝状光生物制造肌肉结构》，《先进科学》(2025)。DOI: 10.1002/advs.202512727
期刊信息：《先进科学》(Advanced Science)
提供方：苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)
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