為何 3D 打印器官要在太空?

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Andrew Morgan 嘗試在低引力狀態之下打印人體組織。 圖片來源:ISS Research/Twitter

雖然器官捐贈風氣日漸普及,全球適合移植到重症病人身上的器官仍是供不應求。與其被動等候捐贈,有研究人員就嘗試開發另一器官供應源,用活體組織作材料 3D 打印出適合的器官,為了成功,研究人員更飛到太空進行打印實驗

美國陸軍戰地醫生 Andrew Morgan 曾經治療被嚴重炸傷的年輕士兵,眼見他們的癒合及恢復過程緩慢,他開始思考可否簡單打印出新的身體組織甚至器官,以代替受傷的身體部位。他說:「若能移植傷者自身細胞製成的組織,將十分有效。」

為此,Morgan 去年 4 月上太空,在國際太空站(ISS)逗留 272 日,進行一連串非比尋常的實驗。太空船在距離地球表面 400 公里的軌道上運行期間,Morgan 使用 3D 打印及生物墨水(Bio ink),利用一個個細胞創造出活組織。他說:「這與在家裡更換墨水匣沒甚麼不同,我放入墨盒,讓培養物自行培植,然後取出組織卡盒進行分析。」

至於遠赴太空進行這項工程的原因,Morgan 解釋:「在地面上用 3D 打印組織培養物時,人造組織會因為地心吸力而萎陷。這些組織需要某種(暫時、有機的)支架來將所有東西固定在正確位置,尤其是像心腔這樣的腔狀結構。但在微重力環境中,並沒有受影響,這正是這些實驗的價值所在。」

國際太空站的微重力環境,非常適合測試生物製造設施(Bio Fabrication Facility)。這個將人體細胞打印成器官形組織的設備由美國公司 Techshot 和 NScrypt 開發,於 2019 年發射進軌道。Morgan 現時用來測試打印加厚類心臟組織。技術團隊最終則希望改進設備,日後得以在太空打印整個人體器官作移植之用。

對 NScrypt 的行政總裁 Ken Church 而言,為 Morgan 開發生物打印機,原因之一是由於其女兒先天只有一邊肺:「這令我開始研究生物組織工程。當生物打印機還未真正實現時,我已對這個想法很是著迷。」更說:「我能在女兒有生之年,為她培植出一邊肺嗎?這個想法令我十分振奮。」如果能夠打印出可用人體器官,人類壽命得以延長,可能會對社會產生深遠影響。像心血管疾病是西方大多數人的主要死因,估計有 3 分之 1 人死於心血管疾病,要是用更年輕、更健康的心臟代替原有心臟,或能輕易延長幾十年壽命。

不過,就目前情況而言,在太空打印所費不貲,太空站上的生物製造設施耗資 700 萬美元(約 5,432 萬港元),再加上每次培植細胞、將原材料送上軌道並將器官安全送回地球等費用,均預示著此法難以大規模生產。這促使科學家研究可否在地球上複製軌道上的低重力環境,以更方便及低廉地培植出複雜、精緻的器官。例如,俄羅斯醫療公司 3D Bioprinting Solutions 已生產出以磁力將組織懸浮起來的系統。

而 NScrypt 亦正開發下一代生物打印機及生物反應器(Bio-reactor),不再利用低重力環境防止打印生物組織中心壞死,而是用其他方法達到該重要功能,例如旋轉、搖動組織,或在其生長時注入氧氣。