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 美国宇航局

空间是一种漫长的方式来了解人类组织,但研究人员将他们的凝视着训练在星星上。

今年早些时候,苏黎世大学的研究人员团队(UZH)向美国国家航天站(ISS)的美国国家实验室发送了250名小心的人干细胞。他们想研究ISS的近无重,微侵略性环境如何影响这些构建块的细胞,希望能够了解它们如何生长,分裂和形成组织的一些秘密。

干细胞很特别“generic”细胞具有进化到专用的细胞,例如形成肌肉,血液,脑和其他组织的细胞。他们也可以分开和更新自己。研究人员称,这使得它们在疾病或伤害造成损坏的情况下,他们可以作为修复身体的潜在备份资源。

基于干细胞的疗法已经开始用于癌症,心脏病,神经疾病,肝硬化,关节炎和脊髓损伤。科学家们甚至考虑了基于干细胞的治疗Covid-19的疗法,并在实验室中测试这些疗法。

人干细胞来自不同的来源,包括胚胎组织(丢弃的胚胎,脐带血或羊水)和非联合组织(存在于人体的器官和组织中)。这些细胞仍然有很多未知数 - 例如,它们如何区分进入其他种类的细胞,或它们如何分开和修复自己。

科学家希望研究低地地球轨道的性质(距离地球表面最多1200英里)可能有助于回答其中一些问题。反过来,这将导致研究人员努力开发更好的干细胞疗法,并且还可能帮助他们在人体细胞上测试药物,而无需对动物进行实验。

“失重创造了一个完全不同的。 。 。对生物过程具有根本影响的环境,”Oliver Ullrich说,Uzh Space Hub主任和解剖学/引力生物学和细胞生物力学椅。“在ISS上,我们成功地生产得明显更大。 。 。来自人干细胞的分化组织比我们在地球上的差异化组织]。 。 。我们不知道为什么干细胞分化得很好。 。 。失重。基本研究将有一天能够回答这个问题。”

在此之前,他说,目标是开发能够帮助地球上人类的生物技术。

可能会出现一些干细胞的奥秘可能会出现来自另一个太空努力,这是加州大学在圣地亚哥桑福德干细胞临床中心和太空探戈的合作,是一家基于Lexington,Ky。的工程公司制造专门的自动化平台,允许科学家在太空中开展健康和技术研究。

4月,美国宇航局向UCSD和太空探戈获得了500万美元的授予,开发一个名为“综合空间干细胞轨道研究”的新实验室(ISSCOR,发音“I score”)在ISS,明年发射一堆干细胞实验。

Catriona jamieson,UCSD的Moores Cancer Center副主任是合作的参与者之一。她的项目看着细胞随着年龄的增长,癌症的方式与人体免疫系统的崩溃如何转向癌症。

有时,她说,我们的骨髓干细胞中的突变会导致可能导致白血病的癌前细胞。在地球上,在保护臭氧层的保护下,使紫外线辐射从阳光下,这种良好的细胞的过程可能需要几十年。在空间中,在臭氧层的另一侧,血液形成干细胞暴露于太阳的UV辐射,导致它们变得更快。

这一加速时间框架允许她的团队研究健康的血细胞是如何恶性的,而无需等待多年来以复制地球上的过程。

地球实验室中的细胞培养物在一层中生长 - 将其视为二维结构 - 因为重力导致沉降,培养基压在细胞上。结果,Ullrich说,科学家需要一种基质或脚手架来支撑在三个方面的生长组织。

“在失重环境[如空间]中,细胞表现出空间上不受限制的生长并组装成复杂的3-D [结构],”他说。这使得能够实现“macro-tissues” - 器官 - 从这些3-D细胞聚集体产生。 Ullrich说。

Ullrich的实验的Uzh试管返回了Fla Canaveral的地球,4月,但Covid-19对旅行的限制阻止了对苏黎世的安全,温度控制的样品运输以进行详细分析。然而,Ullrich的团队可以从远程,虚拟观察中确认,样品在地球上相同的时间内可能已经含有更多的骨,软骨和其他生物组织。乌里里希对他的分析持谨慎态度 - “looking good,”是他现在愿意说的。

另一个在太空中的持续的干细胞试验来自UCSD的Alysson Muotri实验室。 Muotri的团队适用于分化为脑组织的干细胞。“如果我们了解微叉如何加速[Cell]成熟,我们可以理解宇航员大脑中的[它]效果,也可以理解。 。 。用它作为模型来了解长期发作的疾病,例如阿尔茨海默氏症或痴呆症,”他说。除了NASA合作之外,Muotri在ISS上有另一个干细胞实验。 2019年底,第一次有效载荷上升,他预计在明年初的美国宇航局项目之前将在2020年底举行随访。

房间有限于ISS,因此生物医学空间研究中的一个挑战是保持实验的物理足迹尽可能小。

这发生了使用专门的“research-in-a-box”模块,称为Cubelab,其中干细胞实验在轨道上运行。 cubelab足够小“适合我车的躯干,”贾米森说。在其中,必须精确地校准实验的物理部分以及系统的自动化和远程监控。

观察和监测远处的实验是一个重大挑战,杰米森增加了,因为,与地球上的实验室不同,科学家无法根据需要进出进出,并且可以远程调整有限。

“有时微匍匐可能是笨重的,” Muotri says.

例如,地球上的重力在保持电极的作用中起作用,以记录电活动,到组织中。“在太空中,他们将要漂浮,”Muotri说,这意味着,对于准确的读数,科学家和工程师必须弄清楚将它们保持在组织中的方法。

展望未来,可以在人类使用的空间中改变或生长的干细胞来治愈疾病或其他原因?现在说太早了,但Ullrich认为可能有一天发生。

科学家希望这些实验将有助于为具有特定要求的患者制定定制的治疗,治疗疗法,疗法,甚至是药物,因为常规药物和治疗通常不够。“移植。 。 。当然是最大的目标,” Ullrich says, “但[这些组织]还在精密药物中进行测试或替代动物实验。”

杰米森补充说:“在这个独特的环境中,在美国250英里,我们可能会发现我们以前从未理解的生物学的真相。”这可能导致新的药物,新抗体,新疗法。“我真的认为[空间,特别是ISSCOR实验室]是。 。 。一个伟大的做科学的地方。”