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太空研究揭示人類腦細(xì)胞加速生長

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月21日 15:22

太空研究揭示人類腦細(xì)胞加速生長

Space Study Reveals Accelerated Growth of Human Brain Cells

美國英語科技

新聞源：Neuroscience News

2024-12-18 08:00:00閱讀時長4分鐘1868字

太空研究腦細(xì)胞微重力腦類器官國際空間站神經(jīng)退行性疾病基因表達(dá)健康干細(xì)胞

內(nèi)容摘要

科學(xué)家將干細(xì)胞衍生的腦類器官送入國際空間站，研究微重力對腦發(fā)育的影響。結(jié)果顯示，這些腦類器官在太空中成熟速度更快，但復(fù)制減少，且炎癥和應(yīng)激相關(guān)基因表達(dá)降低，為研究神經(jīng)退行性疾病提供了新視角。

科學(xué)家將干細(xì)胞衍生的腦類器官送入國際空間站（ISS），以研究微重力對腦發(fā)育的影響。經(jīng)過一個月的軌道運(yùn)行，這些類器官仍然健康，但顯示出比地球?qū)φ战M更快的成熟和減少的復(fù)制。

基因表達(dá)分析顯示，與成熟神經(jīng)元相關(guān)的基因水平更高，而與炎癥和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的基因水平更低，這挑戰(zhàn)了最初的假設(shè)。研究人員推測，微重力可能模擬了腦內(nèi)條件，為細(xì)胞行為提供了獨(dú)特的見解。

這些發(fā)現(xiàn)可能有助于研究阿爾茨海默病和帕金森病等神經(jīng)退行性疾病，為未來的實(shí)驗(yàn)鋪平道路。這項(xiàng)研究標(biāo)志著理解微重力如何影響腦細(xì)胞的基礎(chǔ)性一步。

關(guān)鍵事實(shí)：

加速生長： 微重力下的腦類器官顯示出更快的成熟和減少的增殖。 減少的應(yīng)激反應(yīng)： 與預(yù)期相反，空間生長的類器官中炎癥和應(yīng)激相關(guān)基因表達(dá)較低。 未來潛力： 這些見解可能有助于研究空間條件下神經(jīng)退行性疾病和腦細(xì)胞連接。

來源： 斯克里普斯研究所

微重力已知會影響肌肉、骨骼、免疫系統(tǒng)和認(rèn)知，但對其對大腦的具體影響知之甚少。為了了解腦細(xì)胞如何響應(yīng)微重力，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，將由干細(xì)胞衍生的腦細(xì)胞小塊——稱為“類器官”——送入國際空間站（ISS）。

令人驚訝的是，這些類器官在返回地球一個月后仍然健康，但細(xì)胞比地球上相同條件下生長的類器官成熟得更快——它們更接近成為成熟的神經(jīng)元，并開始顯示出特化的跡象。

腦類器官在國際空間站上度過了一個月后仍然健康并繼續(xù)生長。圖片來源：Jeanne Loring

該研究結(jié)果于2024年10月23日發(fā)表在《干細(xì)胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上。

“這些細(xì)胞在太空中存活下來是一個巨大的驚喜，”共同資深作者、斯克里普斯研究所分子醫(yī)學(xué)系名譽(yù)教授兼再生醫(yī)學(xué)中心主任Jeanne Loring博士說，“這為未來的空間實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，我們可以在其中納入受神經(jīng)退行性疾病影響的其他腦部分。”

在地球上，研究團(tuán)隊(duì)使用干細(xì)胞創(chuàng)建了由皮質(zhì)或多巴胺能神經(jīng)元組成的類器官，這些神經(jīng)元群體分別受到多發(fā)性硬化癥和帕金森病的影響——這是Loring研究了幾十年的疾病。一些類器官還包括小膠質(zhì)細(xì)胞，這是一種駐留在腦內(nèi)的免疫細(xì)胞，用于研究微重力對炎癥的影響。

類器官通常在富含營養(yǎng)的液體培養(yǎng)基中生長，需要定期更換以確保細(xì)胞有足夠的營養(yǎng)并去除廢物。為了避免在國際空間站上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室工作，研究團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)了一種方法，在冷凍管中生長比常規(guī)更小的類器官——這些冷凍管最初是為深凍設(shè)計(jì)的小型密封瓶。

類器官在肯尼迪航天中心的實(shí)驗(yàn)室中準(zhǔn)備，并在微型孵化器中送往國際空間站。經(jīng)過一個月的軌道運(yùn)行后，它們返回地球，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)它們?nèi)匀唤】登彝旰脽o損。

為了研究空間環(huán)境如何影響細(xì)胞功能，研究團(tuán)隊(duì)比較了類器官的RNA表達(dá)模式——即基因活性——與留在地球上的相同“地面對照”類器官。

令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)微重力下生長的類器官中與成熟相關(guān)的基因水平更高，而與增殖相關(guān)的基因水平更低，這意味著暴露于微重力的細(xì)胞比地球上的細(xì)胞發(fā)育得更快且復(fù)制得更少。

“我們發(fā)現(xiàn)，無論是哪種類型的類器官，其基因表達(dá)譜都顯示出比地面上的類器官更成熟的階段，”Loring說。“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?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)還注意到，與他們的假設(shè)相反，微重力下生長的類器官中有較少的炎癥和較低的應(yīng)激相關(guān)基因表達(dá)，但需要更多的研究來確定原因。

Loring推測，微重力條件可能更接近腦內(nèi)細(xì)胞經(jīng)歷的條件，而常規(guī)實(shí)驗(yàn)室條件下生長的類器官在重力作用下則不如此。

“微重力的特性可能也在人們的大腦中起作用，因?yàn)樵谖⒅亓ο聸]有對流——換句話說，事物不會移動，”Loring說?！拔艺J(rèn)為在太空中，這些類器官更像大腦，因?yàn)樗鼈儾粫淮罅颗囵B(yǎng)基或氧氣沖洗。它們非常獨(dú)立，形成了類似于‘小腦’的微環(huán)境?！?/p>

論文描述了研究團(tuán)隊(duì)的第一次太空任務(wù)，但自那以后，他們又向國際空間站發(fā)送了四次任務(wù)。每次任務(wù)中，他們都復(fù)制了第一次任務(wù)的條件，并增加了額外的實(shí)驗(yàn)。

“我們計(jì)劃下一步研究受阿爾茨海默病影響的腦部分，”Loring說?！拔覀冞€想了解神經(jīng)元在空間中相互連接的方式是否存在差異。對于這類研究，你不能依賴早期的工作來預(yù)測結(jié)果，因?yàn)闆]有早期的工作。我們可以說是在‘地面’，但在天空中?！?/p>

資助： 本研究得到了國家干細(xì)胞基金會的資金支持。

除了Loring之外，該研究的作者還包括Scripps研究所的Jason Stein；紐約干細(xì)胞基金會研究所的Davide Marotta、Laraib Ijaz、Lilianne Barbar、Madhura Nijsure、Nicolette Pirjanian、Ilya Kruglikov、Scott A. Noggle和Valentina Fossati；Space Tango的Twyman Clements和Jana Stoudemire；以及國家干細(xì)胞基金會的Paula Grisanti。

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