苏黎世联邦理工大学（ETH Zurich）研究团队在微重力环境下成功3D打印人类肌肉组织，利用先进的G-FLight生物打印系统实现高精度肌肉纤维构建。该技术可在太空中长期保存细胞活性，为疾病模型、药物研发以及未来太空生物制造提供重要支持。研究成果对探索失重对人体组织影响、开发抗肌肉萎缩疗法以及推进空间器官打印具有重大意义，标志着太空生物打印迈出关键一步。
瑞士苏黎世联邦理工大学（ETH Zurich）的研究人员在抛物线飞行实验中成功在微重力环境下3D打印出人类肌肉组织，这标志着太空生物制造的一项里程碑。该研究旨在通过在无重力条件下重建人体组织，更真实地反映人体自然结构，从而提升疾病建模和药物开发的水平。
由 Parth Chansoria 领导的研究团队利用抛物线飞行模拟了太空中的微重力环境。图片来源：ETH Zurich。
G-FLight：ETH Zurich的重力独立打印系统
随着宇航员进入太空，他们的身体在失重环境中会经历显著的生理退化。为了更好地理解和缓解这些影响，研究人员正在开发能够复制人体组织在微重力下行为的真实生物模型。
为实现这一目标，团队开发了一套先进的生物制造系统，称为 G-FLight（Gravity-independent Filamented Light，重力独立光丝系统），能够在微重力环境中迅速生成可存活的肌肉构造——几秒钟即可完成。研究人员使用特别配制的生物树脂，在30次抛物线飞行周期的失重阶段进行3D打印。打印出的肌肉组织在细胞活性和纤维密度方面与常规地球重力下打印的样品相当。此外，该工艺还允许长期存储含细胞的生物树脂，这对于未来在轨制造具有关键优势。
G-FLight打印机的光学组件与树脂配方示意。A) G-FLight打印机光引擎组件及激光光路示意。B) 实验物流安排，指导树脂存储与打印活动。图片来源：ETH Zurich。
这一过程的核心材料是被称为 生物墨水（bio-ink） 的物质，由载体物质与活细胞混合而成。在地球上，由于生物墨水的重量，打印结构可能在固化前坍塌或变形，而嵌入的细胞可能会不均匀下沉，导致模型不够精确。在微重力环境中，这些限制消失，使研究人员能够打印出精确对齐的肌肉纤维，完全符合人体的自然排列。这种精度对于生成能够提供可靠疾病发展和治疗反应数据的组织模型至关重要。
据研究人员称，下一步计划是在国际空间站（ISS）或未来轨道研究平台上打印复杂的人体类器官和组织。通过在太空中培育的组织模型，可以研究肌营养不良症、太空飞行引起的肌肉萎缩等疾病的机制，并在更真实的生物条件下测试治疗反应。
拓展太空生物打印的前沿
除了ETH Zurich的研究外，其他团队也在推进太空生物制造的前沿。今年早些时候，美国维克森林再生医学研究所（Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, WFIRM）的科学家将3D打印肝组织送往国际空间站，该任务于2025年8月24日搭乘SpaceX的猎鹰9号火箭升空。由ISS国家实验室赞助，此次任务旨在研究微重力如何影响生物打印器官的生长、稳定性和功能，这些发现可能加速地球再生医学的发展。
该项目建立在WFIRM在NASA血管组织挑战赛中的成就基础上，当时团队的3D打印血管化组织在实验室条件下可存活长达30天。由James Yoo教授领导的研究团队希望更好地理解零重力对细胞行为的影响，以开发更耐用的人造器官用于科研和临床应用。
与此同时，航天系统制造商Redwire也取得里程碑式进展，使用升级版3D生物制造设施（3D BioFabrication Facility, BFF）在国际空间站成功打印了人类膝关节半月板。生物打印构件于上月随SpaceX Crew-6任务返回地球进行飞行后分析，此前7月已成功完成打印操作。Redwire执行副总裁John Vellinger表示：“成功打印如此复杂的组织，如半月板，是迈向可重复微重力制造过程、实现大规模可靠生物打印的重要飞跃。”
