微重力對腦細(xì)胞的影響：太空研究揭示新發(fā)現(xiàn)

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2024-12-18 23:00:00閱讀時長3分鐘1271字

微重力腦細(xì)胞類器官國際空間站太空研究干細(xì)胞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)退行性疾病基因表達(dá)

盡管關(guān)于微重力對大腦的具體影響知之甚少，但已知它會改變免疫系統(tǒng)、肌肉、骨骼和認(rèn)知功能。來自斯克里普斯研究所（Scripps Research）的科學(xué)家與紐約干細(xì)胞基金會合作，將由干細(xì)胞衍生的小簇腦細(xì)胞，即所謂的“類器官”，送往國際空間站（ISS），以了解腦細(xì)胞如何反應(yīng)微重力環(huán)境。

當(dāng)這些類器官在軌道上一個月后返回地球時，令人驚訝的是它們?nèi)匀唤】?，但這些細(xì)胞的發(fā)育速度比地球上相同條件下的類器官更快；它們開始顯示出專業(yè)化跡象，更接近成為成熟的神經(jīng)元。

這項研究結(jié)果發(fā)表在《干細(xì)胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Stem Cells Translational Medicine）雜志上，有助于闡明太空旅行可能對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

“這些細(xì)胞能夠在太空中存活是一個巨大的驚喜。這為未來的太空實驗奠定了基礎(chǔ)，我們可以在其中包括受神經(jīng)退行性疾病影響的其他部分大腦?！痹撗芯康墓餐Y深作者、斯克里普斯研究所再生醫(yī)學(xué)中心創(chuàng)始主任兼名譽教授珍妮·洛林博士（Jeanne Loring, PhD）表示。

研究團(tuán)隊在地球上使用干細(xì)胞制造了類器官，這些類器官模擬了多發(fā)性硬化癥和帕金森病中受影響的皮質(zhì)和多巴胺能神經(jīng)元。為了研究微重力對炎癥的影響，一些類器官還含有小膠質(zhì)細(xì)胞，這是大腦中的一種免疫細(xì)胞。

通常，類器官是在富含營養(yǎng)的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)的，需要頻繁更換以確保細(xì)胞獲得足夠的營養(yǎng)并排除廢物。研究團(tuán)隊開發(fā)了一種技術(shù)，在冷凍管中培養(yǎng)比正常尺寸更小的類器官，以避免在國際空間站上的實驗室工作。

這些類器官在肯尼迪航天中心的實驗室準(zhǔn)備后，被裝入一個小培養(yǎng)箱送往國際空間站。一個月后返回地球時，研究人員發(fā)現(xiàn)它們未受損害。

為了研究太空環(huán)境如何影響細(xì)胞功能，研究團(tuán)隊比較了這些細(xì)胞的RNA表達(dá)模式，這是一種衡量基因活性的方法，與留在地球上的相同“地面對照”類器官進(jìn)行對比。

與地面對照組相比，他們在微重力下培養(yǎng)的類器官發(fā)現(xiàn)，與增殖相關(guān)的基因水平較低，而與成熟相關(guān)的基因水平較高。這表明，暴露于微重力的細(xì)胞發(fā)育得更快，復(fù)制得更少。

“我們在兩種類型的類器官中都發(fā)現(xiàn)，其基因表達(dá)譜特征表明它們處于一個比地面樣本更老的發(fā)展階段。在微重力下，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?nèi)魏侮P(guān)于衰老的信息?！闭淠荨ぢ辶植┦垦a充道。

此外，研究團(tuán)隊觀察到，與他們的預(yù)測相反，微重力下培養(yǎng)的類器官表現(xiàn)出較少的炎癥和與壓力相關(guān)基因的表達(dá)減少；然而，還需要進(jìn)一步的研究來確定其原因。

洛林推測，與在重力存在和標(biāo)準(zhǔn)實驗室條件下培養(yǎng)的類器官相比，微重力條件可能更接近腦細(xì)胞在大腦中遇到的環(huán)境。

“微重力的特性可能也在人們的腦中起作用，因為在微重力下沒有對流，換句話說，物質(zhì)不會移動。我認(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，形成了一些類似‘小腦’的結(jié)構(gòu)，即大腦的微觀模型?！闭淠荨ぢ辶植┦拷忉尩?。

自首次太空任務(wù)以來，研究團(tuán)隊已經(jīng)向國際空間站發(fā)送了四次更多任務(wù)。每次任務(wù)都增加了更多的實驗，并重現(xiàn)了第一次任務(wù)的條件。

洛林總結(jié)道：“我們計劃下一步研究受阿爾茨海默病影響最大的大腦部分。我們還想了解神經(jīng)元在太空中的連接方式是否存在差異。進(jìn)行這類研究時，不能依賴早期的工作來預(yù)測結(jié)果，因為沒有早期的工作。我們可以說是站在‘底層’，但在天空中，卻是在‘底層’?！?/p>

(全文結(jié)束)

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