肿瘤是全球重大的公共卫生问题。通过太空生物3D打印构建精准肿瘤病理模型，对于太空肿瘤研究具有重要意义。由于空间微重力、辐射、发射过程强振动等环境因素对太空生物3D打印成形效果与细胞活性的不利影响，同时卫星所能携带的重量十分有限，使得活细胞组织模型太空3D打印难度非常大，国际范围内仍处于起步阶段。

为应对上述挑战，清华大学机械系熊卓教授、张婷副教授课题组经过近三年攻关，研发了一整套肿瘤模型空间3D打印与培养自动化系统（总重仅6公斤）；研制了适用于空间微重力环境的温敏生物墨水和悬浮介质体系，具有优异的生物相容性、打印性能、室温存储及防泄漏特性，有效解决了肿瘤模型样品的在轨打印和原位培养难题；提出了基于深度学习算法的双色荧光显微镜空间原位自动成像技术，设计了一套可自动遥测、控制和分析的软件系统，可实现肿瘤模型样品的在轨打印、自动对焦、荧光成像及数据回传。

图1.发射前调试、安装与发射现场

今年6月7日，课题组研发的肿瘤模型太空3D打印与培养系统在酒泉卫星发射中心成功发射，并顺利完成在轨试验，开创了肿瘤模型太空3D打印的先河。根据回传数据分析发现，空间微环境有利于三维肿瘤模型的精准打印与长期形态维持，同时增强了肺癌细胞对化疗药物的敏感性，为未来肿瘤治疗提供了新思路，有望加速太空肿瘤医学研究的发展。

图2.3D肿瘤模型的在轨打印流程与实验结果

相关研究成果以“基于卫星平台的肿瘤模型在轨3D打印”（Satellite-based On-orbit Printing of 3D Tumor Models）为题，于2023年12月27日在线发表于《先进材料》（Advanced Materials）期刊。

清华大学机械系2020级博士生莫兴武、博士后张艳梅及2022级博士生王子萱为论文共同第一作者，熊卓、张婷及机械系助理研究员方永聪为论文共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金联合基金重点项目、“十三五”国家重点研发计划、清华丰田联合基金等的支持。