▲5月10日，距離發(fā)射還剩不到5小時(shí)。干細胞實(shí)驗單元的臨射安裝模塊已經(jīng)成功轉運到天舟六號的發(fā)射塔架，技術(shù)人員正在正進(jìn)行細胞加載和排氣泡實(shí)驗。/圖源《中國科學(xué)報》

人的多能干細胞具有無(wú)限增殖潛能，可分化為人體內幾乎所有類(lèi)型的細胞。干細胞在疾病治療、組織修復等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展前景和臨床應用價(jià)值。然而，目前干細胞的突破性研究仍面臨著(zhù)很大挑戰，包括如何擴大干細胞的量產(chǎn)規模、如何保持干細胞的分化干性以及如何讓干細胞分化具有靶向性等。

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

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員雷曉華團隊對神舟十五號乘組帶回的“太空造血”干細胞實(shí)驗樣品，開(kāi)展了全方位檢測分析。后續他們將通過(guò)比對和分析在軌實(shí)驗和地面平行對照實(shí)驗，找到微重力影響干細胞生長(cháng)的作用機理，這些工作可能有助于攻克地球環(huán)境下干細胞研究瓶頸。

▏在太空進(jìn)行“造血”實(shí)驗有三個(gè)原因

早在2017年，在天舟一號貨運飛船上進(jìn)行的小鼠胚胎干細胞的增殖和分化研究已表明，在太空培養的干細胞呈現出了更優(yōu)于地面的生長(cháng)方式，同時(shí)維持了更高水平的多能性基因表達。

對于此次為何開(kāi)展人多能干細胞在太空微重力環(huán)境下向早期造血分化研究，天津市免疫研究所副所長(cháng)、天津醫科大學(xué)總醫院神經(jīng)內科劉強教授認為主要有3個(gè)原因。

首先要打破環(huán)境瓶頸?！案杉毎a(chǎn)業(yè)化發(fā)展主要包括3個(gè)部分：上游干細胞庫、中游干細胞增殖以及下游干細胞治療?！眲娊榻B，中游干細胞的體外擴增是關(guān)鍵，同時(shí)也是實(shí)現的難點(diǎn)。在傳統的二維平面體外培養環(huán)境下，干細胞很難在短時(shí)間內產(chǎn)生足夠的細胞量，同時(shí)隨著(zhù)傳代次數的增加，干細胞的質(zhì)量也會(huì )逐漸下降。

“由于現階段許多實(shí)驗條件和環(huán)境在地球上難以實(shí)現，因此科學(xué)家們將目光轉向具有微重力、高真空和高輻射的太空環(huán)境?！眲娬f(shuō)。

選擇“太空造血”的另一個(gè)主要原因就是為保證航天員的健康提供理論和技術(shù)支持。劉強介紹，航天員在太空環(huán)境下身體機能會(huì )發(fā)生改變，出現骨質(zhì)疏松、貧血、心血管功能紊亂等多種疾病。由于人類(lèi)的所有器官和組織都是由干細胞分化而來(lái)，因此“太空造血”實(shí)驗有助于分析航天員罹患上述相關(guān)疾病的機制。

最后一個(gè)原因，就是促進(jìn)地球人類(lèi)健康。

天津大學(xué)藥學(xué)院研究員劉子川說(shuō)，以造血干細胞為例，其可分化出常規的血液細胞如紅細胞、T細胞、粒細胞等，如果能突破分化效率低、體外難以實(shí)現無(wú)限擴增的瓶頸，就可以生產(chǎn)出真正的人造血，人類(lèi)就再也不會(huì )受“血荒”困擾了。

此外，太空中的微重力環(huán)境可使干細胞回歸至更為原始和未分化的狀態(tài)，可用于延緩衰老、形成類(lèi)器官等，攻克人類(lèi)疑難病。

▏未來(lái)將為人類(lèi)健康保駕護航

劉子川認為，太空環(huán)境最大的特點(diǎn)就是微重力。在微重力環(huán)境下，干細胞和培養基在重力特征、形態(tài)結構等方面肯定與在地面時(shí)有所不同。

“受地球重力的影響，干細胞在培養過(guò)程中容易聚集和結塊；而在太空中，干細胞可以均勻懸浮、自由生長(cháng)；此外，不受重力影響，干細胞生長(cháng)環(huán)境也較為穩定?！眲娬J為，這些都有助于實(shí)現干細胞的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“與在地球上生長(cháng)的細胞相比，在太空微重力環(huán)境中生長(cháng)的細胞功能顯著(zhù)改善，免疫抑制能力更強。而且在微重力環(huán)境下，干細胞體外培養更接近于胚胎內干細胞的分化與增殖。”劉強認為，太空的獨特空間及微重力環(huán)境可能是解決干細胞維持干性穩定增殖、增強誘導分化效率及提高組織三維重建水平的新途徑。

“太空造血”實(shí)驗是一個(gè)非常好的研究模型?！巴ㄟ^(guò)這個(gè)實(shí)驗，人們還可以對造血過(guò)程基因組學(xué)檢測、細胞重要信號通路起的作用（包括細胞之間的作用）等，進(jìn)行進(jìn)一步深入研究，有可能揭示一些最基本的細胞生物學(xué)問(wèn)題，為干細胞研究提供新思路?！眲⒆哟ㄕf(shuō)。

可以看到，太空微重力環(huán)境讓干細胞擁有了在地球上沒(méi)有的能力，未來(lái)可能會(huì )有更廣闊的應用前景。

“在微重力環(huán)境下，如果有一些特殊的細胞通路被發(fā)現可以調控干細胞的分化增殖，那么就可以人為增加或減少其功能，助力干細胞藥物的研發(fā)。”劉子川說(shuō)。

未來(lái)，科研人員還可以在微重力環(huán)境下誘導干細胞分化創(chuàng )建特定疾病模型、進(jìn)一步探索定制的細胞或藥物治療方法等，為攻克血液腫瘤、心臟病、衰老、神經(jīng)系統相關(guān)疾病等提供新途徑，為人類(lèi)健康保駕護航。