腦細(xì)胞不僅在太空中存活，而且生長得更快

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2024-12-19 08:00:00閱讀時長3分鐘1408字

腦細(xì)胞太空微重力國際空間站類器官神經(jīng)退行性疾病干細(xì)胞基因表達(dá)成熟炎癥

在太空中，重力的作用幾乎可以忽略不計，這種微重力環(huán)境已知會影響肌肉、骨骼、認(rèn)知和免疫系統(tǒng)，但其對大腦的具體影響卻鮮有研究。為了探究這一點，斯克里普斯研究所的科學(xué)家與紐約干細(xì)胞基金會合作，將腦細(xì)胞類器官送到了國際空間站（ISS）。

這些由干細(xì)胞衍生的小型組織提供了一個獨特的窗口，幫助我們了解微重力對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。

太空中的腦細(xì)胞

一個月后，這些類器官從ISS返回地球，狀態(tài)良好，展現(xiàn)出令人意外的韌性。更令人驚訝的是，這些細(xì)胞比地球上的同類細(xì)胞成熟得更快。

這項研究發(fā)表在《干細(xì)胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上，結(jié)果顯示，太空中的細(xì)胞更接近成為成熟的神經(jīng)元，并開始表現(xiàn)出特化特征。

“這些細(xì)胞能夠在太空中存活，這本身就是一個巨大的驚喜，”共同資深作者、斯克里普斯研究所名譽教授珍妮·洛林博士說。“這為未來在太空進(jìn)行的實驗奠定了基礎(chǔ)，我們可以包括受神經(jīng)退行性疾病影響的其他部分大腦?！?/p>

類器官及其地球上的對照組

在地球上，研究人員從干細(xì)胞中培養(yǎng)類器官，模擬特定的腦細(xì)胞，如皮質(zhì)神經(jīng)元和多巴胺能神經(jīng)元。這些類型的細(xì)胞在多發(fā)性硬化癥和帕金森病等疾病中受到嚴(yán)重影響。一些類器官還包括小膠質(zhì)細(xì)胞，這種免疫細(xì)胞在腦部炎癥中起關(guān)鍵作用。

為了確保類器官能夠在ISS上自我維持，研究團(tuán)隊創(chuàng)新了一種方法，使用冷凍管——一種設(shè)計用于冷凍的小型密封容器——來培養(yǎng)比通常更小的類器官。這樣就消除了在軌道上進(jìn)行持續(xù)維護(hù)的需要，因為冷凍管內(nèi)的營養(yǎng)介質(zhì)在整個實驗期間保持穩(wěn)定。

從地球到軌道再返回

在肯尼迪航天中心準(zhǔn)備好的類器官被裝入一個迷你孵化器，送往ISS。在微重力環(huán)境中度過一個月后，這些模擬腦部的類器官完好無損地返回地球。研究人員隨后比較了暴露于太空的類器官與留在地球上的類器官的RNA表達(dá)模式——這是一種衡量基因活性的方法。

結(jié)果非常顯著。在微重力環(huán)境下生長的腦類器官表現(xiàn)出的基因表達(dá)模式表明，它們比地球上的同類細(xì)胞更為成熟。

“我們發(fā)現(xiàn)，無論是哪種類器官，其基因表達(dá)譜都顯示出比地面樣本更老的發(fā)展階段，”洛林博士解釋道。“在微重力環(huán)境中，它們發(fā)育得更快，但重要的是要知道這些并不是成年神經(jīng)元，因此這并不能告訴我們關(guān)于衰老的任何信息?！?/p>

太空中腦細(xì)胞的反應(yīng)

有趣的是，研究還發(fā)現(xiàn)，太空中的類器官表現(xiàn)出較低的炎癥水平和較少的壓力相關(guān)基因表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)與最初的假設(shè)相矛盾，引發(fā)了關(guān)于微重力獨特環(huán)境的新問題。

洛林博士推測，微重力可能更接近腦細(xì)胞在自然條件下經(jīng)歷的環(huán)境。

“微重力的特性可能也在人們的大腦中起作用，因為在微重力下沒有對流——換句話說，事物不會移動，”洛林博士指出?！拔艺J(rèn)為在太空中，這些類器官更像大腦，因為它們不會被大量的培養(yǎng)基或氧氣沖洗。它們非常獨立，形成了類似微型大腦的結(jié)構(gòu)。”

基于太空的研究下一步

基于這一初步成功，研究團(tuán)隊已經(jīng)向ISS發(fā)射了四次額外的任務(wù)，復(fù)制了第一次的條件，并引入了新的實驗。

“接下來，我們計劃研究受阿爾茨海默病影響最大的大腦部分，”洛林博士說?！拔覀冞€想了解神經(jīng)元在太空中相互連接的方式是否存在差異。這類研究無法依賴早期工作來預(yù)測結(jié)果，因為沒有早期工作?？梢哉f，我們正處于起步階段；雖然在天空中，但我們?nèi)栽诘孛嫔??！?/p>

神經(jīng)科學(xué)的新前沿

這項非凡的研究得到了國家干細(xì)胞基金會的支持。論文《微重力對國際空間站上人類iPSC衍生神經(jīng)類器官的影響》包括來自斯克里普斯研究所科學(xué)家和紐約干細(xì)胞基金會研究所、Space Tango及國家干細(xì)胞基金會合作者的貢獻(xiàn)。

這些發(fā)現(xiàn)代表了對微重力如何影響大腦發(fā)育和功能的重要一步。隨著研究的進(jìn)展，這些見解可能會導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的新治療方法，并加深我們對太空環(huán)境中人體生物學(xué)的理解。

該研究發(fā)表在《干細(xì)胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上。

(全文結(jié)束)

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