6月4日，神舟十五號(hào)載人飛船返回艙返回地面，此次隨著航天員一同返回的還有部分實(shí)驗(yàn)樣品，其中就包括國(guó)際首次開(kāi)展的多能干細(xì)胞（ips細(xì)胞）在太空微重力環(huán)境下向早期造血分化研究的細(xì)胞樣品。這些ips細(xì)胞經(jīng)過(guò)為期6至15天的細(xì)胞在軌培養(yǎng)，首次實(shí)現(xiàn)了人類干細(xì)胞“太空造血”。

天津市免疫研究所副所長(zhǎng)、天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科劉強(qiáng)教授表示，干細(xì)胞在疾病治療、組織修復(fù)等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展前景和臨床應(yīng)用價(jià)值。然而，目前干細(xì)胞的突破性研究仍然面臨著很大挑戰(zhàn)，包括如何擴(kuò)大干細(xì)胞的量產(chǎn)規(guī)模、如何保持干細(xì)胞的分化干性，以及如何讓干細(xì)胞分化具有靶向性等。此次干細(xì)胞在太空的實(shí)驗(yàn)，也是人類干細(xì)胞研究的大膽探索。

(資料圖片)

為何造血干細(xì)胞成為“天選之子”

ips細(xì)胞全稱為“人工多功能干細(xì)胞”，是由體細(xì)胞誘導(dǎo)而成的干細(xì)胞?！癷ps細(xì)胞通過(guò)培養(yǎng)，具有無(wú)限的增殖潛力，可以分化成人體幾乎所有細(xì)胞，如肝臟、生殖細(xì)胞以及心肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等難以再生的細(xì)胞，這也包括造血干細(xì)胞?！碧旖虼髮W(xué)藥學(xué)院劉子川研究員介紹。

據(jù)此次空間站“太空造血”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)藥與技術(shù)研究所研究員雷曉華介紹，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)把ips細(xì)胞在軌分化到了類似于鵝卵石一樣的一個(gè)造血干細(xì)胞。

“盡管只分化出一個(gè)小小的造血干細(xì)胞，但是通過(guò)這個(gè)過(guò)程，有可能探究出在微重力環(huán)境下，影響ips細(xì)胞向早期分化的作用機(jī)理，因此非常有價(jià)值。”劉子川說(shuō)。

ips可以分化成骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、肝臟干細(xì)胞等各種干細(xì)胞，那么為何此次會(huì)選擇造血干細(xì)胞進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)？

劉子川介紹，目前干細(xì)胞應(yīng)用的最大阻礙就是體外環(huán)境下的分化效率和細(xì)胞增殖。細(xì)胞常規(guī)體外培養(yǎng)的方式主要有兩種，一種是貼壁生長(zhǎng)，大部分干細(xì)胞都需要有個(gè)附著點(diǎn)，附著在基質(zhì)上生長(zhǎng)；另一種就是懸浮生長(zhǎng)，常規(guī)的血液細(xì)胞如紅細(xì)胞、T細(xì)胞、粒細(xì)胞等，都是懸浮生長(zhǎng)。

“造血干細(xì)胞就是一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，它的上游可以由ips細(xì)胞通過(guò)貼壁生長(zhǎng)分化而來(lái)，又可以繼續(xù)往下游分化，衍生出各種懸浮生長(zhǎng)的血液細(xì)胞?！眲⒆哟ㄕf(shuō)，但目前干細(xì)胞的分化效率非常低，而造血干細(xì)胞在體外難以實(shí)現(xiàn)無(wú)限擴(kuò)增，不突破這個(gè)技術(shù)瓶頸，就無(wú)法真正生產(chǎn)出人造血。

干細(xì)胞太空實(shí)驗(yàn)主要為擺脫重力

早在2017年，科研團(tuán)隊(duì)在天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船上進(jìn)行的小鼠胚胎干細(xì)胞的增殖和分化研究就已經(jīng)表明，在太空培養(yǎng)的干細(xì)胞呈現(xiàn)出了更優(yōu)于地面的生長(zhǎng)方式，同時(shí)維持了更高水平的多能性基因表達(dá)。

劉子川認(rèn)為，太空環(huán)境最大的特點(diǎn)就是微重力，主要因素就是重力的改變。在微重力環(huán)境下，干細(xì)胞和培養(yǎng)支撐的基質(zhì)在重力特征、形態(tài)結(jié)構(gòu)等方面肯定和在地面時(shí)有所不同。

“之前有人比較過(guò)基質(zhì)膠的影響，發(fā)現(xiàn)使用偏軟的基質(zhì)膠，造血干細(xì)胞的擴(kuò)增會(huì)好一點(diǎn)。而在微重力環(huán)境下，干細(xì)胞貼壁附著在基質(zhì)膠上就不需要靠重力維持，這種基質(zhì)膠的軟硬度因素就被減弱，擴(kuò)增的負(fù)擔(dān)會(huì)減輕。同時(shí)不受重力影響，往下游懸浮細(xì)胞分化的效率也可能會(huì)增加?！眲⒆哟ń榻B。

“盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能比預(yù)想的要復(fù)雜，但之前從未有人進(jìn)行過(guò)這項(xiàng)研究，不管在微重力環(huán)境下對(duì)于造血干細(xì)胞的分化和擴(kuò)增是有積極還是消極影響，這都是一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，因此實(shí)驗(yàn)很有意義?！眲⒆哟ㄔu(píng)價(jià)說(shuō)。

此外，“太空造血”實(shí)驗(yàn)是對(duì)原有的干細(xì)胞分化擴(kuò)增機(jī)制研究更好的擴(kuò)展，是一個(gè)非常好的研究模型?！巴ㄟ^(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，還可以對(duì)造血過(guò)程基因組學(xué)方面的檢測(cè)、細(xì)胞重要信號(hào)通路起的作用，包括細(xì)胞之間的作用等方面進(jìn)一步深入研究，有可能揭示出一些最基本的細(xì)胞生物學(xué)問(wèn)題，為干細(xì)胞研究提供新思路。”劉子川舉例說(shuō)，如果發(fā)現(xiàn)微重力對(duì)干細(xì)胞擴(kuò)增有幫助，那么就可以考慮在地面上模擬這種環(huán)境；或者發(fā)現(xiàn)在微重力環(huán)境下有一些特殊的細(xì)胞通路能調(diào)控干細(xì)胞的分化增殖，那么就可以人為地增加或減少它們的功能，有助于干細(xì)胞藥物的研發(fā)。

劉強(qiáng)認(rèn)為，受地球重力的影響，干細(xì)胞在培養(yǎng)過(guò)程中容易聚集和結(jié)塊。而太空中因具有微重力的條件，干細(xì)胞體外培養(yǎng)更接近于胚胎內(nèi)干細(xì)胞的分化與增殖，可均勻懸浮、自由生長(zhǎng)。此外，不受重力影響，干細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境也較為穩(wěn)定，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“而且，與在地球上生長(zhǎng)的細(xì)胞相比，在太空微重力環(huán)境中生長(zhǎng)的細(xì)胞功能顯著改善，免疫抑制能力更強(qiáng)?！眲?qiáng)說(shuō)。

由于時(shí)間和資源限制，本次任務(wù)中，雷曉華團(tuán)隊(duì)只開(kāi)展了部分實(shí)驗(yàn)，后續(xù)還將開(kāi)展人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在空間微重力環(huán)境下的3D生長(zhǎng)研究，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)程在軌培養(yǎng)，對(duì)在軌實(shí)驗(yàn)和地面平行對(duì)照實(shí)驗(yàn)樣品的比對(duì)和分析，來(lái)探討空間環(huán)境下干細(xì)胞3D生長(zhǎng)的規(guī)律及微重力對(duì)干細(xì)胞生長(zhǎng)影響的作用機(jī)理。

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