干细胞科技引领未来医学
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华科同济热烈祝贺天舟七号货运飞船发射取得圆满成功 浙大干细胞实验单元上天承载健康希望
当我们在地面仰望星空时,我们希望各种干细胞在太空能够被赋能和得到研究,以获得更强的能力,从而为地面的我们健康保驾护航。



1月17日晚,天舟七号货运飞船成功发射。浙江大学的科技力量又一次展翅苍穹——浙江大学生命科学学院余路阳教授、王金福教授、吴梦瑞研究员带领的空间生物学项目组的干细胞实验单元正通过天舟七号送往中国空间站。此前,他们也曾多次将干细胞实验单元送上太空。



身处太空的航天员们面临着一个严峻的问题——骨质疏松。针对此问题,2016年4月,王金福教授和他的团队第一次送干细胞“上天”,确认了失重是宇航员骨质变化的主要原因之一。时隔一年后,2017年4月,他带领团队,又一次将干细胞送上天,借助天舟一号货运飞船的升空开展骨细胞定向诱导分化实验,进一步确认了细胞外力学信号的变化是引发干细胞分化方向变化的直接原因。


在依托“实践十号”实验卫星和“天舟一号”货运飞船开展初步科学探索的基础上,王金福教授、余路阳教授和吴梦瑞研究员组成的干细胞研究团队于2020年获批并承担国家载人空间站工程应用系统第一批干细胞项目,开展微重力条件下骨髓干细胞成骨分化机制研究。2022年5月,团队又送干细胞跟随天舟五号货运飞船进入太空。



吴梦瑞介绍,他们对太空带回的相关实验样本进行研究发现,空间微重力下,骨髓间充质干细胞没有向正常的成骨细胞分化,而是向呈脂肪样的细胞分化,“这进一步验证了此前的猜想,也为今后的药物干预提供了新的靶点。”



“这将对航天员骨质疏松的诊疗提供有价值的线索。”在余路阳看来,理解生命的过程,为的是实实在在解决人类在地球上的健康问题。


全球已经有多项利用微重力的太空干细胞项目得到开展


欧洲航天局2014年支持的一项研究,关于宇航员骨质流失与干细胞关系,文中这样提到:“对再生医学的兴趣,特别是干细胞的使用,极大地提高了我们对环境对干细胞命运的影响和重要性的理解。在控制胚胎发育、形态发生和组织模式方面,机械力与基因和化学信号一样重要。”


“细胞对环境敏感,它们通过仍不完全清楚的机械传感器和机械转导途径对环境做出反应。MSCs的生命、自我更新和分化由许多物理和化学输入决定,这些输入最终导致特定转录程序的激活。”


“太空研究将模拟微重力和真实微重力对MSC行为的认识结合起来,可以提供新的视角,从而为开发在地球和空间预防或治疗疾病的新策略铺平道路。”


通过上面这段陈述,我们得出将干细胞研究送上太空的两个主要目的:

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研究地球以外的干细胞可以帮助我们更好地理解宇航员(也可能是外太空旅行的平民)的生理变化,研究的越深入,就可以让大家的太空旅行飞的更远,飞的更健康。

二是研究拥有更广泛地意义,可以在失重和太空辐射环境下,帮助人类了解有关地球疾病进展和治疗的关键认知。


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研究拥有更广泛地意义,可以在失重和太空辐射环境下,帮助人类了解有关地球疾病进展和治疗的关键认知。


2016年美国将心脏细胞首次送入太空,美国斯坦福大学的约瑟夫·吴博士发现,这些心脏搏动细胞在微重力中的表现有所不同,回到地球后他们又恢复正常,研究揭示了人类心脏细胞对环境变化的适应性。



美国宇航员凯特·鲁宾斯在空间站上建立新的显微镜,用于研究微重力对干细胞的影响。


当干细胞离开地球


想象一下,当太空旅行把地球上的干细胞从引力中拉出来,并暴露在太空辐射中——干细胞的“新家”在为干细胞换了环境的同时,也为各种新的研究提供了机会。


多项研究表明,各种干细胞在太空中的生长实际上要好于通常的地球条件,在太空中生长的干细胞在移植后也能更好地整合到组织中,因为微重力会引发细胞结构的有利变化。


通过研究这些现象背后的机制,研究人员可能会找到促进干细胞扩增以及和组织整合的方法,从而提升干细胞治疗的疗效 。


虽然将一整队生物学家送上太空是不切实际的,但是我们可以通过培训宇航员基本操作和结合自动化实验系统,先在地球上制备好研究细胞,再将它们送到国际空间站(ISS)并使用自动化实验系统(如SpaceTango的CubeLab和NASA的生物培养系统)远程监控它们来研究外太空生理学。


美国宇航员在空间站培养干细胞,图片来自NASA

太空干细胞昭示着未来


当我们可以上天的时候,我们希望干细胞能保证这是一场健康的旅行。


当我们在地面仰望星空时,我们希望各种干细胞在太空能够被赋能和得到研究,以获得更强的能力,从而为地面的我们健康保驾护航。