世界今熱點：人類干細胞“太空造血”有啥不一樣

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驗樣品，其中就包括國際首次開展的多能干細胞（ips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ips細胞經(jīng)過為期6至15天的細胞在軌培養(yǎng)，首次實現(xiàn)了人類干細胞“太空造血”。

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)科劉強教授表示，干細胞在疾病治療、組織修復(fù)等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展前景和臨床應(yīng)用價值。然而，目前干細胞的突破性研究仍然面臨著很大挑戰(zhàn)，包括如何擴大干細胞的量產(chǎn)規(guī)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。此次干細胞在太空的實驗，也是人類干細胞研究的大膽探索。

(資料圖片)

為何造血干細胞成為“天選之子”

ips細胞全稱為“人工多功能干細胞”，是由體細胞誘導(dǎo)而成的干細胞?！癷ps細胞通過培養(yǎng)，具有無限的增殖潛力，可以分化成人體幾乎所有細胞，如肝臟、生殖細胞以及心肌細胞、神經(jīng)細胞等難以再生的細胞，這也包括造血干細胞?！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”項目負責(zé)人、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)藥與技術(shù)研究所研究員雷曉華介紹，通過實驗，已經(jīng)把ips細胞在軌分化到了類似于鵝卵石一樣的一個造血干細胞。

“盡管只分化出一個小小的造血干細胞，但是通過這個過程，有可能探究出在微重力環(huán)境下，影響ips細胞向早期分化的作用機理，因此非常有價值?！眲⒆哟ㄕf。

ips可以分化成骨髓間充質(zhì)干細胞、神經(jīng)干細胞、肝臟干細胞等各種干細胞，那么為何此次會選擇造血干細胞進行這項實驗？

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

“造血干細胞就是一個關(guān)鍵的節(jié)點，它的上游可以由ips細胞通過貼壁生長分化而來，又可以繼續(xù)往下游分化，衍生出各種懸浮生長的血液細胞。”劉子川說，但目前干細胞的分化效率非常低，而造血干細胞在體外難以實現(xiàn)無限擴增，不突破這個技術(shù)瓶頸，就無法真正生產(chǎn)出人造血。

干細胞太空實驗主要為擺脫重力

早在2017年，科研團隊在天舟一號貨運飛船上進行的小鼠胚胎干細胞的增殖和分化研究就已經(jīng)表明，在太空培養(yǎng)的干細胞呈現(xiàn)出了更優(yōu)于地面的生長方式，同時維持了更高水平的多能性基因表達。

劉子川認為，太空環(huán)境最大的特點就是微重力，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有所不同。

“之前有人比較過基質(zhì)膠的影響，發(fā)現(xiàn)使用偏軟的基質(zhì)膠，造血干細胞的擴增會好一點。而在微重力環(huán)境下，干細胞貼壁附著在基質(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，擴增的負擔(dān)會減輕。同時不受重力影響，往下游懸浮細胞分化的效率也可能會增加。”劉子川介紹。

“盡管實驗結(jié)果可能比預(yù)想的要復(fù)雜，但之前從未有人進行過這項研究，不管在微重力環(huán)境下對于造血干細胞的分化和擴增是有積極還是消極影響，這都是一個創(chuàng)新點，因此實驗很有意義。”劉子川評價說。

此外，“太空造血”實驗是對原有的干細胞分化擴增機制研究更好的擴展，是一個非常好的研究模型。“通過這個實驗，還可以對造血過程基因組學(xué)方面的檢測、細胞重要信號通路起的作用，包括細胞之間的作用等方面進一步深入研究，有可能揭示出一些最基本的細胞生物學(xué)問題，為干細胞研究提供新思路?！眲⒆哟ㄅe例說，如果發(fā)現(xiàn)微重力對干細胞擴增有幫助，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胞通路能調(diào)控干細胞的分化增殖，那么就可以人為地增加或減少它們的功能，有助于干細胞藥物的研發(fā)。

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

“而且，與在地球上生長的細胞相比，在太空微重力環(huán)境中生長的細胞功能顯著改善，免疫抑制能力更強。”劉強說。

由于時間和資源限制，本次任務(wù)中，雷曉華團隊只開展了部分實驗，后續(xù)還將開展人誘導(dǎo)多能干細胞在空間微重力環(huán)境下的3D生長研究，通過長時程在軌培養(yǎng)，對在軌實驗和地面平行對照實驗樣品的比對和分析，來探討空間環(huán)境下干細胞3D生長的規(guī)律及微重力對干細胞生長影響的作用機理。

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