得克萨斯农工大学的科学家开发出一种突破性的3D生物打印方法，用于研究极端飞行环境下肺细胞的响应情况。

该项目由工程学院裴志坚博士与文理学院秦洪敏博士联合主导，并获得美国空军科学研究办公室资助，旨在提升航空与航天安全性，同时加速呼吸系统疾病的研究进程。

研究团队通过将含有活细胞的凝胶状生物墨水装入打印盒，通过逐层打印形成3D样本，构建出高仿生肺模型。

相较于传统2D培养，这种方法能更真实地反映人类细胞在压力下的行为。

生物学系教授秦洪敏博士指出：“3D技术可高度模拟原生组织及其微环境，从而精准研究细胞活性、增殖和应激响应。”



极端环境暴露可能对人类健康造成严重损害，飞行员和宇航员在压力或温度的急速变化中面临肺部积液、热中风、组织损伤或器官衰竭的风险。

研究团队发现，打印过程中较高的挤出压力和高达55°C的温度会加剧氧化应激与细胞死亡，这凸显了精确技术的重要性。

为优化结果，团队开发出4:1胶原蛋白-海藻酸盐生物墨水混合配方，在六天内保持了高达85%的细胞存活率。

工业与系统工程系教授裴志坚博士表示：“定义正确的生物打印参数使我们能在维持细胞功能的同时复现真实环境。”



除航空航天应用外，该3D生物打印技术为慢性阻塞性肺病等呼吸系统疾病研究提供了更精准的模型，有望加速药物研发。

秦洪敏博士强调：“我们的长期目标是在受控实验室环境中开发工程化肺组织，为科研提供比传统2D细胞培养更真实的模型。”

近年来，增材制造在微重力环境下的应用也取得了显著进展。

2023年，Redwire公司利用国际空间站上的生物制造设施成功打印出人类膝关节半月板，这一里程碑成果有望推动太空半月板损伤治疗的发展。



此外，比利时五家机构联合开展的AstroCardia项目，计划于2025年向国际空间站发射3D打印人造心脏及循环系统，以研究零重力条件下的心脏衰老机制。

这项研究展示了3D生物打印技术在模拟极端环境细胞响应中的突破性应用，为航空航天安全及呼吸疾病研究提供了高仿生实验模型。