干細(xì)胞“上天”造血只為落地救人百事通

2023-06-14 07:41:09來源：科技日報(bào)

科技日報(bào)記者?陳曦

人的多能干細(xì)胞具有無限增殖潛能，可分化為人體內(nèi)幾乎所有類型的細(xì)胞。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。

6月4日，神舟十五號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，其中就包括國際首次開展的多能干細(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。這些多能干細(xì)胞經(jīng)過為期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”。

(資料圖片)

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(tuán)隊(duì)對神舟十五號乘組帶回的“太空造血”干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)樣品，開展了全方位檢測分析。后續(xù)他們將通過比對和分析在軌實(shí)驗(yàn)和地面平行對照實(shí)驗(yàn)，找到微重力影響干細(xì)胞生長的作用機(jī)理，這些工作可能有助于攻克地球環(huán)境下干細(xì)胞研究瓶頸。

在太空進(jìn)行“造血”實(shí)驗(yàn)有三個(gè)原因

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

對于此次為何開展人多能干細(xì)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、天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科劉強(qiáng)教授認(rèn)為主要有3個(gè)原因。

首先要打破環(huán)境瓶頸。“干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)化發(fā)展主要包括3個(gè)部分：上游干細(xì)胞庫、中游干細(xì)胞增殖以及下游干細(xì)胞治療。”劉強(qiáng)介紹，中游干細(xì)胞的體外擴(kuò)增是關(guān)鍵，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。在傳統(tǒng)的二維平面體外培養(yǎng)環(huán)境下，干細(xì)胞很難在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生足夠的細(xì)胞量，同時(shí)隨著傳代次數(shù)的增加，干細(xì)胞的質(zhì)量也會逐漸下降。

“由于現(xiàn)階段許多實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境在地球上難以實(shí)現(xiàn)，因此科學(xué)家們將目光轉(zhuǎn)向具有微重力、高真空和高輻射的太空環(huán)境。”劉強(qiáng)說。

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(qiáng)介紹，航天員在太空環(huán)境下身體機(jī)能會發(fā)生改變，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、貧血、心血管功能紊亂等多種疾病。由于人類的所有器官和組織都是由干細(xì)胞分化而來，因此“太空造血”實(shí)驗(yàn)有助于分析航天員罹患上述相關(guān)疾病的機(jī)制。

最后一個(gè)原因，就是促進(jìn)地球人類健康。

天津大學(xué)藥學(xué)院研究員劉子川說，以造血干細(xì)胞為例，其可分化出常規(guī)的血液細(xì)胞如紅細(xì)胞、T細(xì)胞、粒細(xì)胞等，如果能突破分化效率低、體外難以實(shí)現(xiàn)無限擴(kuò)增的瓶頸，就可以生產(chǎn)出真正的人造血，人類就再也不會受“血荒”困擾了。

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

未來將為人類健康保駕護(hù)航

劉子川認(rèn)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(xì)胞和培養(yǎng)基在重力特征、形態(tài)結(jié)構(gòu)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(xì)胞在培養(yǎng)過程中容易聚集和結(jié)塊；而在太空中，干細(xì)胞可以均勻懸浮、自由生長；此外，不受重力影響，干細(xì)胞生長環(huán)境也較為穩(wěn)定。”劉強(qiáng)認(rèn)為，這些都有助于實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

“與在地球上生長的細(xì)胞相比，在太空微重力環(huán)境中生長的細(xì)胞功能顯著改善，免疫抑制能力更強(qiáng)。而且在微重力環(huán)境下，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。”劉強(qiáng)認(rèn)為，太空的獨(dú)特空間及微重力環(huán)境可能是解決干細(xì)胞維持干性穩(wěn)定增殖、增強(qiáng)誘導(dǎo)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(yàn)是一個(gè)非常好的研究模型。“通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，人們還可以對造血過程基因組學(xué)檢測、細(xì)胞重要信號通路起的作用（包括細(xì)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(xì)胞生物學(xué)問題，為干細(xì)胞研究提供新思路。”劉子川說。

可以看到，太空微重力環(huán)境讓干細(xì)胞擁有了在地球上沒有的能力，未來可能會有更廣闊的應(yīng)用前景。

“在微重力環(huán)境下，如果有一些特殊的細(xì)胞通路被發(fā)現(xiàn)可以調(diào)控干細(xì)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(xì)胞藥物的研發(fā)。”劉子川說。

未來，科研人員還可以在微重力環(huán)境下誘導(dǎo)干細(xì)胞分化創(chuàng)建特定疾病模型、進(jìn)一步探索定制的細(xì)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(tǒng)相關(guān)疾病等提供新途徑，為人類健康保駕護(hù)航。

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