在高压、低温及缺氧的高空或太空环境中飞行时，人体会承受巨大生理压力，而传统二维细胞培养难以模拟这种复杂条件。为此，德州农工大学的科学家开发出一种3D生物打印技术，通过植入肺细胞的生物样本研究极端环境对人体的影响。

这项由美国空军科研办公室资助的跨学科项目，由工业与系统工程系裴志坚教授与生物科学系秦洪敏教授联合主导，旨在提升航空及航天安全性，并加速呼吸道疾病研究进程。

构建逼真肺部模型

研究团队采用创新性精准打印技术：将含有活细胞的凝胶状生物墨水注入打印匣，通过逐层堆叠构建3D样本。与传统二维培养相比，该技术能更真实还原人体细胞在压力下的反应。"三维结构能精准模拟天然组织及其微环境，为细胞存活、增殖及应激反应研究提供理想平台"，秦洪敏教授解释道。

极端环境的健康威胁

飞行员与宇航员在剧烈温压变化中面临肺水肿、热射病、组织损伤乃至器官衰竭风险。秦教授指出："我们发现肺细胞对压力波动和温度变化产生的应激机制，这项研究将有助于制定近地轨道环境中的安全防护方案。"

通过荧光成像可见，当3D打印样本暴露于55°C高温时，细胞氧化应激水平急剧上升，存活率显著下降。团队在《仿生学与生物工程》期刊发表的研究证实，打印过程中的挤出压力与温度调控对细胞存活具有决定性影响。

航空航天医学的精准突破

要实现既精确又保有活性的3D生物打印，需要攻克技术瓶颈。"生物打印参数的细微调整会显著影响细胞活性"，秦教授强调。通过优化4:1胶原蛋白-海藻酸盐生物墨水配比，团队成功实现六天内保持85%细胞存活率的突破。裴志坚教授表示："精确定义打印参数，使我们能在维持细胞功能的同时复现真实环境。"

拓展呼吸疾病研究维度

该技术还为慢性阻塞性肺病等呼吸道疾病研究提供了更优模型。秦教授透露："我们的长期目标是在受控实验室环境中培育工程化肺组织，打造比传统二维培养更真实的研究平台。"

太空生物打印新纪元

近年来，全球科研机构加速推进微重力环境3D打印实践。2023年，Redwire公司在国际空间站利用生物制造设施成功打印出人类膝关节半月板，该样本经14天太空培育后由SpaceX载人6号任务带回地球。这项由NASA宇航员与阿联酋航天员共同完成的突破，将助力解决太空环境中常见的半月板损伤问题。

与此同时，比利时五所机构联合发起的"AstroCardia"项目计划于2025年将3D打印人造心脏及循环系统送入空间站。由于零重力环境会使器官衰老速度提升20倍，该项目将为心脏在轨老化机制研究提供全新路径。