6月4日，神舟十五號載人飛船返回艙返回地面，此次隨著航天員一同返回的還有部分實驗樣品，其中就包括國際首次開展的多能干細胞在太空微重力環(huán)境下向早期造血分化研究的細胞樣品。這些多能干細胞經(jīng)過為期6至15天的細胞在軌培養(yǎng)，首次實現(xiàn)了人類干細胞“太空造血”。
中國科學院深圳先進技術研究院副研究員雷曉華團隊對神舟十五號乘組帶回的“太空造血”干細胞實驗樣品，開展了全方位檢測分析。后續(xù)他們將通過比對和分析在軌實驗和地面平行對照實驗，找到微重力影響干細胞生長的作用機理，這些工作可能有助于攻克地球環(huán)境下干細胞研究瓶頸。
在太空進行“造血”實驗有三個原因
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早在2017年，在天舟一號貨運飛船上進行的小鼠胚胎干細胞的增殖和分化研究已表明，在太空培養(yǎng)的干細胞呈現(xiàn)出了更優(yōu)于地面的生長方式，同時維持了更高水平的多能性基因表達。
對于此次為何開展人多能干細胞在太空微重力環(huán)境下向早期造血分化研究，天津市免疫研究所副所長、天津醫(yī)科大學總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科劉強教授認為主要有3個原因。
首先要打破環(huán)境瓶頸。“干細胞產(chǎn)業(yè)化發(fā)展主要包括3個部分：上游干細胞庫、中游干細胞增殖以及下游干細胞治療。”劉強介紹，中游干細胞的體外擴增是關鍵，同時也是實現(xiàn)的難點。在傳統(tǒng)的二維平面體外培養(yǎng)環(huán)境下，干細胞很難在短時間內(nèi)產(chǎn)生足夠的細胞量，同時隨著傳代次數(shù)的增加，干細胞的質(zhì)量也會逐漸下降。
“由于現(xiàn)階段許多實驗條件和環(huán)境在地球上難以實現(xiàn)，因此科學家們將目光轉(zhuǎn)向具有微重力、高真空和高輻射的太空環(huán)境。”劉強說。
選擇“太空造血”的另一個主要原因就是為保證航天員的健康提供理論和技術支持。劉強介紹，航天員在太空環(huán)境下身體機能會發(fā)生改變，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、貧血、心血管功能紊亂等多種疾病。由于人類的所有器官和組織都是由干細胞分化而來，因此“太空造血”實驗有助于分析航天員罹患上述相關疾病的機制。
最后一個原因，就是促進地球人類健康。
天津大學藥學院研究員劉子川說，以造血干細胞為例，其可分化出常規(guī)的血液細胞如紅細胞、T細胞、粒細胞等，如果能突破分化效率低、體外難以實現(xiàn)無限擴增的瓶頸，就可以生產(chǎn)出真正的人造血，人類就再也不會受“血荒”困擾了。
此外，太空中的微重力環(huán)境可使干細胞回歸至更為原始和未分化的狀態(tài)，可用于延緩衰老、形成類器官等，攻克人類疑難病。
未來將為人類健康保駕護航
劉子川認為，太空環(huán)境最大的特點就是微重力。在微重力環(huán)境下，干細胞和培養(yǎng)基在重力特征、形態(tài)結構等方面肯定與在地面時有所不同。
“受地球重力的影響，干細胞在培養(yǎng)過程中容易聚集和結塊;而在太空中，干細胞可以均勻懸浮、自由生長;此外，不受重力影響，干細胞生長環(huán)境也較為穩(wěn)定。”劉強認為，這些都有助于實現(xiàn)干細胞的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
“與在地球上生長的細胞相比，在太空微重力環(huán)境中生長的細胞功能顯著改善，免疫抑制能力更強。而且在微重力環(huán)境下，干細胞體外培養(yǎng)更接近于胚胎內(nèi)干細胞的分化與增殖。”劉強認為，太空的獨特空間及微重力環(huán)境可能是解決干細胞維持干性穩(wěn)定增殖、增強誘導分化效率及提高組織三維重建水平的新途徑。
“太空造血”實驗是一個非常好的研究模型。“通過這個實驗，人們還可以對造血過程基因組學檢測、細胞重要信號通路起的作用(包括細胞之間的作用)等，進行進一步深入研究，有可能揭示一些最基本的細胞生物學問題，為干細胞研究提供新思路。”劉子川說。
可以看到，太空微重力環(huán)境讓干細胞擁有了在地球上沒有的能力，未來可能會有更廣闊的應用前景。
“在微重力環(huán)境下，如果有一些特殊的細胞通路被發(fā)現(xiàn)可以調(diào)控干細胞的分化增殖，那么就可以人為增加或減少其功能，助力干細胞藥物的研發(fā)。”劉子川說。
未來，科研人員還可以在微重力環(huán)境下誘導干細胞分化創(chuàng)建特定疾病模型、進一步探索定制的細胞或藥物治療方法等，為攻克血液腫瘤、心臟病、衰老、神經(jīng)系統(tǒng)相關疾病等提供新途徑，為人類健康保駕護航。
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