科普 | 干細胞出征太空，逐夢星辰大海
撰文│杏 仁
編輯│李佳潞
審校│湯紅明
轉(zhuǎn)載于東方干細胞科普團
全文約3000字，預(yù)計閱讀9分鐘
本文由為什么要將干細胞送入太空、那些有趣的太空干細胞實驗、我國太空干細胞實驗時間線3部分組成。
?干細胞·太空?
人體的各種組織器官都是由干細胞分化發(fā)展而來。航天員往返于太空與地球間，對健康造成一定的影響。研究太空中進行干細胞實驗，有助于了解宇宙環(huán)境對人類健康的影響。
相信很多人對電視新聞中的這一畫面感到十分好奇：為什么航天員在太空“出差”著陸地球后，便被地面人員“抬著”出艙，隨后面對鏡頭時也是一直坐在椅子上呢？
——是因為航天員在太空中習(xí)慣了“漂浮”的生活，對自身骨骼的刺激弱，導(dǎo)致空間骨丟失，進一步表現(xiàn)為骨質(zhì)疏松。返回地面后受到地球引力的影響，如果強行站立將會有骨折的風(fēng)險。目前航天員罹患相關(guān)疾病的機制還未完全理清，且在地面模擬器中難以1:1復(fù)刻太空環(huán)境。將干細胞送入太空，能夠?qū)崿F(xiàn)更精準的實驗條件，如在太空中觀察骨髓干細胞分化成骨細胞的表型變化規(guī)律，有助于進一步分析航天員們骨質(zhì)疏松的機理。除骨質(zhì)疏松外，航天員們還可能出現(xiàn)貧血、心血管功能紊亂、免疫功能下降等，實施太空干細胞實驗為航天員在太空的長期健康生存提供理論支撐和技術(shù)基礎(chǔ)。
改善地球上人類健康
我國重大慢性病過早死亡率年均降幅接近全球3倍，其中，腫瘤、心腦血管疾病占比較大，且有1.9億慢性病老人面臨長壽不健康問題，世界各國的科學(xué)家們潛心研究上百年，仍未能完全治愈這些疑難疾病。
太空干細胞實驗為攻克人類疾病帶來希望。將人誘導(dǎo)多能干細胞（iPSC）誘導(dǎo)成心肌細胞、胰島細胞、肝細胞等功能細胞，再通過太空微重力培養(yǎng)功能細胞向3D環(huán)境生長，實現(xiàn)類器官/器官3D生物打印。此外，有研究證實，干細胞對延緩衰老具有一定的作用，且微重力環(huán)境能夠使干細胞重回到一個相對更原始、未分化的狀態(tài)，將干細胞置于太空中，可謂一舉兩得，將有可能實現(xiàn)人類對“不老”的不懈追求。
目前干細胞是國內(nèi)外研究的熱點，隨著其市場空間的不斷擴大，其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有向好的前景，生產(chǎn)干細胞是推動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要一環(huán)。在生產(chǎn)大量的干細胞時，普遍使用大型生物反應(yīng)器。受地球重力的影響，反應(yīng)器中的干細胞容易聚集和結(jié)塊，此時就需要進行劇烈攪拌，但攪拌會損壞干細胞，這也是令生產(chǎn)者們感到頭疼的一大難點。而在太空環(huán)境中可以規(guī)避這一限制。
太空中具有微重力的條件，干細胞可以均勻懸浮在反應(yīng)器中自由生長。此外，不受重力影響，使得反應(yīng)器中的環(huán)境也較為穩(wěn)定，確保生產(chǎn)工藝的可放大性。
那些有趣的太空干細胞實驗
干細胞作為重要的生物資源，成為了備受青睞的研究對象，各國科學(xué)家們爭相將干細胞送往太空，進一步探索空間生命的奧秘。下面讓我們一起來看看有哪些充滿著科學(xué)性和趣味性的太空干細胞實驗吧！
1
“八爪魚”的“觸手” ?
2016年4月，在我國首顆專用微重力實驗衛(wèi)星——“實踐十號”科學(xué)實驗衛(wèi)星的干細胞箱中，一名特殊的“乘客”——神經(jīng)干細胞完成了在太空中增殖分化的實驗。研究人員發(fā)現(xiàn)，太空中的神經(jīng)干細胞在脫離了重力約束后變得非?；钴S，像八爪魚的觸手一樣，神經(jīng)干細胞它會長出各種軸突，用其抓住細胞，終形成神經(jīng)組織。研究人員們表示這個現(xiàn)象非常奇妙，他們在地面做了多次的比對實驗，都沒有看到過這樣的現(xiàn)象。
?
?
2
干細胞變強了 ?
2019年，世界頂級醫(yī)院——梅奧診所將間充質(zhì)干細胞置于特殊的運輸和培養(yǎng)裝置中，隨后干細胞便搭乘飛船前往國際空間站。宇航員們每隔24至48小時拍攝細胞圖像，并在第7、14天收獲細胞。當細胞返回地球后，Zubair的團隊發(fā)現(xiàn)，與在地球上生長的細胞相比，在太空微重力環(huán)境中生長的細胞的功能有顯著的改善，且具有更有效的免疫抑制能力。值得注意的是，染色體、DNA損傷和致腫瘤性試驗未顯示出惡性轉(zhuǎn)化的證據(jù)，說明在他太空中培養(yǎng)的干細胞是安全的。
?
?
3
心肌細胞在閃爍 ?
2021年10月至2022年4月，“神舟十三號”載人飛船乘組在空間站組合體工作生活了183天后返回地球，刷新了我國航天員單次飛行任務(wù)太空駐留時間的紀錄。在此期間，他們完成了一項特殊的實驗。研究人員們從人體尿液中的腎上皮細胞，通過基因重編程的方式，把它轉(zhuǎn)化成生機勃勃的、具有多種功能的干細胞，又分化成為心肌細胞。通過基因編輯技術(shù)編輯了一個熒光蛋白，通過熒光蛋白的熒光，便可以在宇宙中觀察到在收縮過程中鈣信號的閃爍過程，這也是國際上第一次看到了心肌細胞（在微重力環(huán)境下）美麗的收縮過程。
?
?
4
“打印”細胞和組織 ?
2022年10月，4名來自美國、日本、俄羅斯的宇航員乘坐SpaceX“獵鷹9號”運載火箭搭載的龍飛船前往國際空間站，并將生物制造設(shè)施（BFF）安裝在國際空間站內(nèi)。DFF是美國建造的第一個能夠在微重力條件下使用成年人類細胞和蛋白質(zhì)制造人體組織的系統(tǒng)。在國際空間站中，宇航員們用BFF成功地打印出具有大量的人類心臟細胞以及類似人類半月板的組織結(jié)構(gòu)。
?
?
5
在太空中造血 ?
2023年5月，科研人員在文昌航天發(fā)射場現(xiàn)場制備干細胞，并于發(fā)射前5小時將“干細胞”這后一名“乘客”順利送入“天舟六號”貨運飛船中完成“入座”。不到一天半的時間，在中國空間站中的“神舟十五號”的航天員們成功接收到這些來自地球的“快遞”。據(jù)了解，此次“天舟六號”任務(wù)搭載的實驗荷載將開展多項艙內(nèi)外實驗，其中包括一項空間微重力下iPSC的3D生長及組織構(gòu)建研究。該實驗有望在國際上首次實現(xiàn)干細胞在太空早期造血，并闡明微重力如何影響人多能干細胞向早期造血分化。6月4日，這些干細胞樣品隨“神舟十五號”返回艙在我國成功著陸，并被移交中科院深圳先進技術(shù)研究院雷曉華團隊開展全方位檢測分析。
?
?
我國太空干細胞實驗時間線
“天舟六號”
空間微重力環(huán)境對干細胞譜系分化的影響研究；空間微重力環(huán)境下干細胞3D生長及組織構(gòu)建研究
“天舟五號”
骨髓干細胞分化成骨細胞的表型變化規(guī)律，以及分化細胞的基因圖譜和表觀遺傳特征
“神舟十三號”
干細胞分化的心肌細胞在微重力下的收縮過程及特點；皮膚干細胞在長期微重力下的懸浮培養(yǎng)研究
“天舟一號”
空間微重力環(huán)境影響干細胞增殖、分化的情況和作用機理
“實踐十號”
微重力條件下骨髓間充質(zhì)干細胞的骨細胞定向分化效應(yīng)及分子機制研究
隨著科技的發(fā)展，科幻電影逐漸照進現(xiàn)實生活，從仰望星空到步入太空，越來越多的人們開始期待早日能夠翱翔于浩瀚宇宙間，實現(xiàn)星際旅行甚至太空移民。
無論是在服役十余年的國際空間站，還是在我國于2022年新建成的天宮空間站，各國在太空中共完成了3000余項實驗，其中，“生物與生物技術(shù)”大類實驗以絕對的數(shù)量優(yōu)勢排在首位。值得注意的是，干細胞在其中始終扮演著重要的實驗角色。讓我們共同期待出征太空的干細胞帶來更多令人振奮的研究成果，為未來人類實現(xiàn)更加健康、自由地出入太空保駕護航。
