原創(chuàng) 趙晨佳 侯宇葵 中國(guó)航天報(bào)

自 1961 年人類太空飛行開始以來，已有 600多人飛往太空。然而，人類 60年的航天飛行史表明，微重力、空間輻射、密閉生存環(huán)境等對(duì)人類健康有直接和間接的影響。

為了解決載人飛行中的失重生理效應(yīng)和應(yīng)對(duì)太空環(huán)境下的突發(fā)疾病等問題，進(jìn)行安全、有效的藥物干預(yù)對(duì)保障人員健康、拓展人類探索太空腳步具有重要意義。

太空飛行中航天員可能面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)。趙晨佳 作

同時(shí)，太空獨(dú)特的微重力環(huán)境為解決生物制藥研發(fā)過程中蛋白晶體不純、類器官 3D 結(jié)構(gòu)培養(yǎng)等問題提供了新策略。隨著航天技術(shù)與生物技術(shù)的發(fā)展，太空生物制藥正得到越來越多的重視和運(yùn)用。

在《2021 中國(guó)的航天》白皮書中，太空生物制藥被列為需要培育發(fā)展的太空經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)之一。它不僅在科學(xué)研究上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，也蘊(yùn)藏著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是全球太空科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域。

太空藥學(xué)是針對(duì)地外空間環(huán)境中藥物研制、生產(chǎn)、使用、保存、作用機(jī)制研究的一門新興的基礎(chǔ)性、前沿性交叉科學(xué)。發(fā)展太空藥學(xué)，有望回答失重生理下有關(guān)藥物干預(yù)的一系列基礎(chǔ)性問題，突破空間環(huán)境下給藥、制藥的新型前沿技術(shù)，構(gòu)筑未來長(zhǎng)期星際飛行的醫(yī)療保障能力，開辟引領(lǐng)空間生物技術(shù)創(chuàng)新研究的新局面，對(duì)增強(qiáng)我國(guó)在空間資源和平利用方面的國(guó)際話語權(quán)、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體具有重要意義。

太空藥學(xué)研究的趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)

一、微重力條件下的新型藥物研發(fā)

蛋白晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)是太空飛行活動(dòng)中的重要項(xiàng)目，各國(guó)都很重視。因?yàn)榈鞍资巧奈镔|(zhì)基礎(chǔ)，要解開生物體的奧秘和研制特效新藥，首先要有優(yōu)質(zhì)蛋白結(jié)晶。在地面上，受重力影響，單一純凈的蛋白晶體很難制成，而太空中獨(dú)特的微重力環(huán)境使得蛋白可以更加舒展、充分地結(jié)合，雜質(zhì)能被更充分地過濾，最終形成納米級(jí)、高純度、高均勻度的蛋白晶體。

這種蛋白晶體具有特異性高、副作用小、易于存儲(chǔ)的特點(diǎn)，可極大地改善治療效果，對(duì)于造福人類健康具有重要價(jià)值。例如，默沙東公司的PD-1藥物就源于國(guó)際空間站的蛋白純化與結(jié)晶試驗(yàn)，利于微重力環(huán)境開發(fā)出了治療性單克隆抗體Keytruda，是目前全球使用最多的癌癥免疫藥物。

借助太空微重力環(huán)境制備、純化新型單克隆藥物結(jié)晶，可減少地面實(shí)驗(yàn)成本，并提高新型蛋白藥物研發(fā)的效率和成功率，助力我國(guó)創(chuàng)新藥開發(fā)。

二、基于生物制造的太空藥理學(xué)、藥效學(xué)研究

研究發(fā)現(xiàn)，太空中細(xì)胞的生長(zhǎng)和在地球上不同，微重力條件下細(xì)胞能夠以3D結(jié)構(gòu)展開，這種3D結(jié)構(gòu)與細(xì)胞在人體中存在的結(jié)構(gòu)一致?；谏镏圃旒夹g(shù)，可使用人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞誘導(dǎo)分化構(gòu)建3D人類器官模型，用以確定新型藥物的效力、作用機(jī)理以及細(xì)胞毒性，采用多學(xué)科方法在有機(jī)體的分子、細(xì)胞、器官、系統(tǒng)和整體等各個(gè)結(jié)構(gòu)層次上探索微重力在藥物研發(fā)基礎(chǔ)研究中的效用。

微重力環(huán)境會(huì)加速某些退行性疾病的發(fā)展進(jìn)程，可以通過生物制造技術(shù)構(gòu)建器官芯片以模擬退行性疾?。ɡ缑庖吖δ苷系K、骨質(zhì)流失、心血管失調(diào)和骨骼肌退化等）的發(fā)病機(jī)制。在微重力環(huán)境中對(duì)候選藥物開展測(cè)試，研究更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)或更嚴(yán)重條件下的藥物效力，加速藥物研發(fā)進(jìn)程。

三、 “太空藥房”的技術(shù)體系和發(fā)展戰(zhàn)略研究

目前人類太空飛行中藥物的補(bǔ)給主要是通過返回式飛行器運(yùn)輸?shù)姆绞剑詰?yīng)對(duì)日常的消耗以及應(yīng)急需求。然而，面對(duì)未來載人登月探火的長(zhǎng)期飛行任務(wù)，航天器既沒有足夠的存儲(chǔ)能力來攜帶幾年的常用藥物，也很難在突發(fā)醫(yī)療事故中緊急發(fā)射航天器進(jìn)行藥物補(bǔ)充。

因此，理想的“太空藥房”應(yīng)該具備按需快速制藥、多樣化供藥、穩(wěn)定化儲(chǔ)藥的能力，這對(duì)太空制藥、保存技術(shù)提出了新的要求，這種新型技術(shù)體系需要科學(xué)家們打破地面制藥技術(shù)的傳統(tǒng)理念，進(jìn)行突破性革新。

例如，使用合成生物學(xué)進(jìn)行新型的太空制藥與給藥，攜帶藥物基因庫(kù)作為藥物新型存儲(chǔ)工具。針對(duì)太空新型制藥技術(shù)體系這一全新領(lǐng)域，應(yīng)從未來常態(tài)化太空飛行用藥的臨床、倫理和法律出發(fā)，制定符合空間疾病規(guī)律的制藥、用藥標(biāo)準(zhǔn)及治療體系。

面向太空飛行的新型制藥技術(shù)體系開發(fā)不僅是未來長(zhǎng)期載人太空探索任務(wù)的核心技術(shù)儲(chǔ)備，極端條件下對(duì)制藥給藥機(jī)制的創(chuàng)新和理解也可以為地面藥物研究提供新思路。

如何更好開展太空藥學(xué)研究

首先，整合資源主動(dòng)謀劃，搶占太空藥學(xué)基礎(chǔ)研究的高地，助力航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

太空具有與地面條件差異巨大的環(huán)境，對(duì)于新藥研發(fā)無疑是不可替代的新資源。目前，我國(guó)已全面建成了空間站，發(fā)展了返回式衛(wèi)星技術(shù)，具備了躋身太空藥學(xué)大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的入場(chǎng)券。我們應(yīng)該抓住這一引領(lǐng)世界科技前沿領(lǐng)域的戰(zhàn)略機(jī)遇，有效利用難能可貴的太空資源，加快發(fā)展太空藥學(xué)這一新興前沿的交叉學(xué)科，助力新藥研發(fā)，建立太空經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)，這不僅事關(guān)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)，更關(guān)系到人民群眾生命健康的重大需求。

今年2月，亮相載人航天工程三十年成就展的天和核心艙模型。記者 宿東

其次，為航天前沿交叉領(lǐng)域提供研究范式。

太空藥學(xué)集微重力科學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生命科學(xué)與航天等多學(xué)科以及先進(jìn)制藥、生物制造、生物傳感、基因工程等前沿技術(shù)于一體，能夠促進(jìn)學(xué)科交叉融合，還原科學(xué)研究的整體性，帶動(dòng)基礎(chǔ)研究的原創(chuàng)性突破，推動(dòng)航天系統(tǒng)跨越式發(fā)展。目前，各國(guó)的太空藥學(xué)發(fā)展都處于早期自由探索階段，仍有許多研究空白尚待填補(bǔ)，這也為我們開辟、搶占第二賽道提供了絕佳的機(jī)會(huì)。

第三，牽引前沿技術(shù)發(fā)展，輻射新藥研發(fā)，開辟太空經(jīng)濟(jì)新生態(tài)。

作為新藥研發(fā)的重要開拓疆域，默克、阿斯利康、諾華等各大外國(guó)藥企都早已投入太空藥學(xué)領(lǐng)域，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。然而，目前我國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件分散、產(chǎn)學(xué)研合作渠道不健壯的特點(diǎn)。

未來，可聯(lián)合相關(guān)科研機(jī)構(gòu)建立太空醫(yī)藥國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，面向共同相關(guān)的基礎(chǔ)研究著重聚焦于共性技術(shù)、前沿技術(shù)的突破，推動(dòng)太空醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)制定，打通由基礎(chǔ)研究到技術(shù)到產(chǎn)品再到市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈條，推動(dòng)太空藥學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化落地，吸引中國(guó)藥企加入空間資源的利用中來，最終實(shí)現(xiàn)太空醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)的良性循環(huán)。

（本文作者分別為航天科技集團(tuán)創(chuàng)新院前沿交叉技術(shù)中心科研人員、五院錢學(xué)森實(shí)驗(yàn)室研究員）

文/趙晨佳 侯宇葵

原標(biāo)題：《太空藥學(xué)：構(gòu)筑未來長(zhǎng)期星際飛行醫(yī)療保障能力》

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