2025 年 4 月 30 日 13 時(shí) 08 分，神舟十九號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場東區(qū)劃破穹頂，帶著中國空間站第八批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品重返地球。

圖源 央廣網(wǎng)

這批自地球升起，總重量 37.25 公斤，又自太空歸來的 “天外來客” 中，內(nèi)含逾 20 類生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品，包括中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院雷曉華研究員團(tuán)隊(duì)“太空微重力環(huán)境下人多能干細(xì)胞3D生長與發(fā)育研究”的實(shí)驗(yàn)樣本及蛋白、核酸固定樣本等，是空間站應(yīng)用與發(fā)展階段下行生物樣品種類最多的一次。

它們承載著助力科學(xué)家破解更多“生命之謎”的重任，在太空軌道上經(jīng)歷了為期數(shù)月的 “生命實(shí)驗(yàn)”，將成為打開人類認(rèn)知生命奧秘的新鑰匙。

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為何非要去太空培養(yǎng)干細(xì)胞

與地球最大的不同，莫過于太空那獨(dú)特的微重力環(huán)境。

這種不同，為培育干細(xì)胞提供了優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，也成為了人類一定要去到太空進(jìn)行干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的理由。

在太空微重力環(huán)境下，細(xì)胞的生長和分裂方式會(huì)發(fā)生變化。已有研究發(fā)現(xiàn)，微重力可以激活細(xì)胞中的特定信號通路，如 Akt/mtor 信號通路，從而促進(jìn)造血干細(xì)胞的增殖。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，微重力還能夠誘導(dǎo)細(xì)胞向不同系的祖細(xì)胞方向分化，像人胚胎干細(xì)胞在微重力環(huán)境下可更高效率地向三胚層定向分化，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)提供了更豐富的細(xì)胞來源。

太空的微重力環(huán)境有助于維持干細(xì)胞的干性，即使得干細(xì)胞能夠更長時(shí)間地保持其未分化狀態(tài)和自我更新能力。這有利于獲取大量具有高活性和多功能性的干細(xì)胞，為各種疾病的治療提供更優(yōu)質(zhì)的細(xì)胞資源。比如在模擬微重力環(huán)境中，mescs 在懸浮狀態(tài)下培養(yǎng)時(shí)未檢測到細(xì)胞的聚集和分化，而在貼壁狀態(tài)下細(xì)胞則發(fā)生明顯分化。

另外，雖然人類非常適應(yīng)目前地球的重力環(huán)境，但這種環(huán)境對細(xì)胞來說，可不絕對有益。

它會(huì)使細(xì)胞在培養(yǎng)過程中容易聚集和結(jié)塊，而在太空微重力環(huán)境中，細(xì)胞們則更傾向于聚集在一起形成3D結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的形成促進(jìn)了細(xì)胞之間以及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)之間的機(jī)械、結(jié)構(gòu)和化學(xué)相互作用。

最后，就算什么遠(yuǎn)大的目標(biāo)都不談，僅僅從航天員健康保障角度出發(fā)，開展太空干細(xì)胞培養(yǎng)研究，也能深入分析航天員在太空環(huán)境下身體機(jī)能改變及患病機(jī)制，為其健康提供理論支持與技術(shù)手段，探索太空醫(yī)療解決方案，如利用培養(yǎng)干細(xì)胞進(jìn)行組織修復(fù)和再生，預(yù)防和治療太空輻射損傷等。

早在 2017 年，雷曉華研究員團(tuán)隊(duì)就開始了相關(guān)研究，當(dāng)時(shí)通過天舟一號貨運(yùn)飛船搭載的小鼠胚胎干細(xì)胞開展實(shí)驗(yàn)，完成了多項(xiàng)細(xì)胞培養(yǎng)和在軌實(shí)時(shí)成像研究，重點(diǎn)探索微重力環(huán)境對細(xì)胞增殖、分化及功能的影響，為此次人多能干細(xì)胞的研究奠定了基礎(chǔ)。

而此次的 “太空微重力環(huán)境下人多能干細(xì)胞 3D 生長與發(fā)育研究” 項(xiàng)目，旨在進(jìn)一步探索人多能干細(xì)胞在太空微重力環(huán)境下的 3D 生長與發(fā)育規(guī)律，以及干性增強(qiáng)的分子調(diào)控機(jī)制等，為再生醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化干細(xì)胞技術(shù)提供新的視角和理論依據(jù)。

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太空中淬煉出的 “超級細(xì)胞”

已有數(shù)篇論文論證過，在太空中的確可以淬煉出所謂的 “超級細(xì)胞”。

2018 年發(fā)表在《npj Microgravity》上的論文指出，在太空飛行和模擬微重力環(huán)境下，心血管祖細(xì)胞中 YAP1 表達(dá)受到調(diào)控，進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖、分化和凋亡等過程，該研究探討了基于細(xì)胞的修復(fù)機(jī)制，為未來可能的心血管疾病治療提供了新思路。

2020 年發(fā)表在《Life Sciences in Space Research》上的論文表明，在模擬微重力環(huán)境下，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨相關(guān)基因表達(dá)受到抑制，而脂肪生成相關(guān)基因表達(dá)增加，且細(xì)胞周期被阻滯在 G0/G1 期，增殖能力降低，同時(shí)細(xì)胞凋亡增加，此外，與成骨和成脂分化相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子、Wnt/β-catenin 信號通路和鈣信號通路等均受到影響。

還有研究人員將人類胚胎干細(xì)胞送上國際空間站停留了 1 個(gè)月，發(fā)現(xiàn)分化的心肌細(xì)胞在太空飛行時(shí)呈現(xiàn)出略微不規(guī)律的節(jié)律，但返回地面后恢復(fù)了正常的跳動(dòng)節(jié)律，且在太空中培養(yǎng)的細(xì)胞在基因表達(dá)和蛋白質(zhì)合成方面與地面對照組有所不同，這些差異可能影響細(xì)胞的功能和存活能力。

一項(xiàng)發(fā)表于 2012 年的研究發(fā)現(xiàn)，模擬微重力可以刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向神經(jīng)樣細(xì)胞分化，包括促進(jìn)神經(jīng)元特異性烯醇化酶和 β - 雪旺蛋白的表達(dá)，并通過激活細(xì)胞周期蛋白 D1 和 E 表達(dá)、調(diào)節(jié) P38 和 ERK1/2 磷酸化來影響細(xì)胞周期進(jìn)程，同時(shí)還可以上調(diào)神經(jīng)生長因子及其受體 TrkA 的表達(dá)，從而促進(jìn)干細(xì)胞的神經(jīng)樣分化。

這些太空環(huán)境下的干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)不斷拓展著我們對生命現(xiàn)象的認(rèn)知邊界，為再生醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等諸多領(lǐng)域帶來了新的思路和方法，也為未來的太空探索和長期太空旅行中保障人類健康提供了重要的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

寫在文末

宇宙如此神秘寬廣，恰似生命一般，永遠(yuǎn)藏有謎團(tuán)，亟待人發(fā)掘——而不論是太空還是生命，我們早已邁出步伐，向前開拓。

* 文章內(nèi)容僅供參考，不構(gòu)成任何建議

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來源/ 部分信息整理自網(wǎng)絡(luò)編輯/ RainForest出品/ 云上細(xì)胞團(tuán)隊(duì)