自2019年以來，科學(xué)家已經(jīng)在國際空間站上培育出了包括人類大腦、心臟和乳房在內(nèi)的多個類器官模型。這些類器官通常利用人類干細(xì)胞培育而成，在一系列化學(xué)生長物質(zhì)的幫助下，干細(xì)胞可發(fā)育成類似人體組織的三維結(jié)構(gòu)。與老鼠或猴子等傳統(tǒng)動物模型不同，類器官使科學(xué)家能更準(zhǔn)確地重現(xiàn)人類器官的獨特復(fù)雜性。
美國趣味科學(xué)網(wǎng)站在近日報道中指出，這些類器官有助科學(xué)家揭示癌癥、神經(jīng)疾病和衰老的秘密，并在此基礎(chǔ)上找到更好的療法。這些類器官也有助找到哪些化合物對人體有效，從而加速藥物研發(fā)進程。
厘清衰老根源
科學(xué)家為什么要在太空培育類器官呢？
其中一個原因在于，極端的太空環(huán)境可幫助他們研究人類衰老與疾病的關(guān)系。
多年來，美國加州大學(xué)圣迭戈分校阿利松·穆奧特里教授一直致力于將人類干細(xì)胞送往國際空間站，以培養(yǎng)模擬各種大腦疾病的類器官。
他解釋稱，阿爾茨海默病等疾病發(fā)作之前，可能已在人類身上潛伏了幾十年。但研究表明，太空中的微重力環(huán)境會加速細(xì)胞衰老過程。因此，通過在微重力條件下研究大腦類器官，他們可確定與衰老相關(guān)的變化是如何發(fā)生的，并據(jù)此設(shè)計出預(yù)防這些變化的療法。
穆奧特里團隊類器官研究受到了美國國家航空航天局開展的雙胞胎研究啟發(fā)。在雙胞胎研究中，宇航員斯科特·凱利前往太空一年，其同卵雙胞胎兄弟斯科特·馬克則留在地球上。當(dāng)凱利返回地球后，與其兄弟相比，他出現(xiàn)了認(rèn)知能力下降的跡象。例如，他發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)和記憶變得越來越困難。
在即將發(fā)表的一篇論文中，穆奧特里團隊將描述其培育的大腦類器官在國際空間站上的表現(xiàn)。他指出，這些大腦類器官出現(xiàn)了神經(jīng)系統(tǒng)疾病的特征，如退化和細(xì)胞應(yīng)激。
檢測腫瘤生長
加州大學(xué)圣迭戈分校醫(yī)學(xué)教授凱特麗奧娜·賈米森團隊目前也在太空培育類器官，但培育的不是迷你大腦，而是微型腫瘤。
研究發(fā)現(xiàn)，回到地球后，凱利的血液出現(xiàn)了端?？s短、DNA損傷以及一些信號分子的跡象。這些信號分子據(jù)信會激活某些基因，使癌癥生長并擴散。
賈米森表示，這表明太空中的壓力條件可能會以某種方式刺激癌癥的生長。因此，在太空培育的微型腫瘤或能更好地揭示癌癥是如何惡化的。
賈米森團隊首先將血液干細(xì)胞送入太空，僅一個月后，這些細(xì)胞就顯示出癌癥相關(guān)基因開啟突變的跡象。這些突變與細(xì)胞的異常生長和分裂有關(guān)。研究人員隨后將一組白血病、結(jié)腸癌和乳腺癌腫瘤類器官模型送入太空。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些模型在太空也“快速”生長。類器官內(nèi)的細(xì)胞還打開了ADAR1基因，該基因負(fù)責(zé)編碼可讓癌細(xì)胞繁殖的酶。
在另一項實驗中，研究團隊證明，兩種ADAR1抑制劑——菲卓替尼和瑞貝西尼可減慢小型腫瘤的生長速度。
今年1月，研究團隊又向國際空間站發(fā)射了一些癌癥類器官模型，以測試藥物在更多癌癥類器官中的抗癌潛力。
研究太空疾病
賈米森表示，這些類器官研究既能造福地球上的居民，也對執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員有益。
例如，未來執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員出發(fā)前可服用一片藥丸，以保護他們的血液干細(xì)胞不發(fā)生癌變。此外，利用他們在太空中的發(fā)現(xiàn)，研究人員計劃在今年晚些時候開啟一項針對骨髓纖維化的臨床試驗。
華盛頓大學(xué)的一個團隊則另辟蹊徑，一直在研究太空這種能讓人加速衰老的環(huán)境對腎臟的影響。不過，該團隊培養(yǎng)的是另一種人體組織模型——芯片器官。芯片器官是指在芯片上培育特定組織的細(xì)胞，其能模擬人體器官的生理狀況?？茖W(xué)家已用這樣的芯片對肺部、腎臟等許多器官進行了模擬。
穆奧特里表示，在國際空間站上培育類器官與在地球上培育類器官大相徑庭。首先，在國際空間站上開展實驗總會受到設(shè)備和條件的限制。此外，將類器官送回地球也可能面臨極大的不確定性，因為航天器攜帶的載荷經(jīng)常容易降落在海洋中。盡管如此，科學(xué)家們還是希望利用這些類器官來獲得新發(fā)現(xiàn)。
