太空腦細胞比地球上成熟得更快

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2024-12-18 05:00:00閱讀時長3分鐘1421字

太空腦細胞類器官國際空間站微重力成熟更快神經(jīng)退行性疾病RNA表達模式國家干細胞基金會

斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）的研究人員與紐約干細胞基金會（New York Stem Cell Foundation）合作，將由干細胞衍生的腦細胞“類器官”送入國際空間站（ISS），以研究腦細胞在微重力環(huán)境下的反應。令人驚訝的是，這些類器官在一個月后返回地球時仍然健康，但與地球上相同條件下培養(yǎng)的類器官相比，這些細胞成熟得更快——它們更接近成為成年神經(jīng)元，并開始顯示出特化的跡象。該研究結(jié)果于2024年10月23日發(fā)表在《干細胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學》（Stem Cells Translational Medicine）上，可能揭示太空旅行對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。

“這些細胞在太空中存活下來，這讓我們非常驚訝，”該研究的共同資深作者、斯克里普斯研究所分子醫(yī)學系名譽教授兼再生醫(yī)學中心主任讓·洛林（Jeanne Loring）博士說?！斑@為未來的空間實驗奠定了基礎(chǔ)，我們可以在其中包括受神經(jīng)退行性疾病影響的其他腦部區(qū)域?！?/p>

在地球上，研究團隊使用干細胞創(chuàng)建了由皮質(zhì)神經(jīng)元或多巴胺能神經(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——這兩種疾病是洛林幾十年來一直研究的領(lǐng)域。一些類器官還包含了小膠質(zhì)細胞，這是一種存在于大腦內(nèi)的免疫細胞，用于研究微重力對炎癥的影響。

類器官通常在富含營養(yǎng)的液體介質(zhì)中生長，這種介質(zhì)需要定期更換，以確保細胞獲得足夠的營養(yǎng)并去除廢物。為了避免在國際空間站上進行實驗室工作，研究團隊開創(chuàng)了一種方法，在冷凍管中培養(yǎng)比常規(guī)更小的類器官——這些冷凍管最初設(shè)計用于深凍保存。

類器官在肯尼迪航天中心的實驗室中準備，并在一個微型孵化器中運往國際空間站。經(jīng)過一個月的軌道飛行后，它們返回地球，研究團隊發(fā)現(xiàn)這些類器官仍然健康且完好無損。

為了研究太空環(huán)境如何影響細胞功能，研究團隊比較了這些細胞的RNA表達模式——這是基因活性的一種測量方式——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)的基因水平較高，而與增殖相關(guān)的基因水平較低，這意味著暴露在微重力下的細胞發(fā)育得更快，復制得更少。

“我們發(fā)現(xiàn)，在兩種類型的類器官中，基因表達譜都顯示出比地面類器官更老的發(fā)育階段，”洛林說?！霸谖⒅亓ο?，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>

研究團隊還注意到，與他們的假設(shè)相反，微重力下生長的類器官表現(xiàn)出較少的炎癥和較低的壓力相關(guān)基因表達，但需要進一步研究以確定原因。

洛林推測，微重力條件可能更接近于細胞在大腦內(nèi)經(jīng)歷的條件，而不是在常規(guī)實驗室條件下和重力存在的情況下生長的類器官。

“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，東西不會移動，”洛林說?！拔艺J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，形成類似‘小腦’的結(jié)構(gòu)，即大腦的微觀模型?！?/p>

論文描述了研究團隊的第一次太空任務(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)，他們都復制了第一次任務(wù)的條件，并增加了額外的實驗。

“下一步我們計劃研究受阿爾茨海默病影響最大的大腦部分，”洛林說。“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。通過這類研究，你不能依賴早期的工作來預測結(jié)果，因為沒有早期的工作。可以說，我們處于起步階段；在天空中，但在起步階段。”

這項工作得到了國家干細胞基金會的資金支持。

除了洛林，該研究“微重力對國際空間站上人誘導多能干細胞衍生神經(jīng)類器官的影響”的作者還包括斯克里普斯研究所的杰森·斯坦（Jason Stein）、紐約干細胞基金會研究所以及Space Tango公司的研究人員。

(全文結(jié)束)

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