太空脑细胞比地球上成熟得更快
太空脑细胞比地球上成熟得更快
Space Brain Cells Thrive, Mature Faster Than on Earth美国英语科技
2024-12-18 05:00:00阅读时长3分钟1421字
太空脑细胞类器官国际空间站微重力成熟更快神经退行性疾病RNA表达模式国家干细胞基金会
斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）的研究人员与纽约干细胞基金会（New York Stem Cell Foundation）合作，将由干细胞衍生的脑细胞“类器官”送入国际空间站（ISS），以研究脑细胞在微重力环境下的反应。令人惊讶的是，这些类器官在一个月后返回地球时仍然健康，但与地球上相同条件下培养的类器官相比，这些细胞成熟得更快——它们更接近成为成年神经元，并开始显示出特化的迹象。该研究结果于2024年10月23日发表在《干细胞转化医学》（Stem Cells Translational Medicine）上，可能揭示太空旅行对神经系统的影响。
“这些细胞在太空中存活下来，这让我们非常惊讶，”该研究的共同资深作者、斯克里普斯研究所分子医学系名誉教授兼再生医学中心主任让·洛林（Jeanne Loring）博士说。“这为未来的空间实验奠定了基础，我们可以在其中包括受神经退行性疾病影响的其他脑部区域。”
在地球上，研究团队使用干细胞创建了由皮质神经元或多巴胺能神经元组成的类器官，这些神经元群体分别受到多发性硬化症和帕金森病的影响——这两种疾病是洛林几十年来一直研究的领域。一些类器官还包含了小胶质细胞，这是一种存在于大脑内的免疫细胞，用于研究微重力对炎症的影响。
类器官通常在富含营养的液体介质中生长，这种介质需要定期更换，以确保细胞获得足够的营养并去除废物。为了避免在国际空间站上进行实验室工作，研究团队开创了一种方法，在冷冻管中培养比常规更小的类器官——这些冷冻管最初设计用于深冻保存。
类器官在肯尼迪航天中心的实验室中准备，并在一个微型孵化器中运往国际空间站。经过一个月的轨道飞行后，它们返回地球，研究团队发现这些类器官仍然健康且完好无损。
为了研究太空环境如何影响细胞功能，研究团队比较了这些细胞的RNA表达模式——这是基因活性的一种测量方式——与留在地球上的相同“地面对照”类器官。令人惊讶的是，他们发现微重力下生长的类器官中与成熟相关的基因水平较高，而与增殖相关的基因水平较低，这意味着暴露在微重力下的细胞发育得更快，复制得更少。
“我们发现，在两种类型的类器官中，基因表达谱都显示出比地面类器官更老的发育阶段，”洛林说。“在微重力下，它们发育得更快，但重要的是要知道这些并不是成年神经元，因此这并不能告诉我们任何关于衰老的信息。”
研究团队还注意到，与他们的假设相反，微重力下生长的类器官表现出较少的炎症和较低的压力相关基因表达，但需要进一步研究以确定原因。
洛林推测，微重力条件可能更接近于细胞在大脑内经历的条件，而不是在常规实验室条件下和重力存在的情况下生长的类器官。
“微重力的特性可能也在人们的大脑中起作用，因为在微重力下没有对流——换句话说，东西不会移动，”洛林说。“我认为在太空中，这些类器官更像大脑，因为它们不会被大量的培养基或氧气冲洗。它们非常独立，形成类似‘小脑’的结构，即大脑的微观模型。”
论文描述了研究团队的第一次太空任务，但自那以后，他们又向国际空间站发送了四次任务。每次任务，他们都复制了第一次任务的条件，并增加了额外的实验。
“下一步我们计划研究受阿尔茨海默病影响最大的大脑部分，”洛林说。“我们还想了解神经元在太空中的连接方式是否存在差异。通过这类研究，你不能依赖早期的工作来预测结果，因为没有早期的工作。可以说，我们处于起步阶段；在天空中，但在起步阶段。”
这项工作得到了国家干细胞基金会的资金支持。
除了洛林，该研究“微重力对国际空间站上人诱导多能干细胞衍生神经类器官的影响”的作者还包括斯克里普斯研究所的杰森·斯坦（Jason Stein）、纽约干细胞基金会研究所以及Space Tango公司的研究人员。
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