器官可從“天上來”：科學(xué)家計劃在國際空間站培養(yǎng)人類組織

目前，有兩個項目正在探索如何利用國際空間站（ISS）這個失重環(huán)境來培養(yǎng)肌肉纖維組織和肝組織。如果成功的話，這種技術(shù)將為開發(fā)生物醫(yī)學(xué)新療法提供新思路。大膽地試想，也許有一天，人類器官也能實現(xiàn)“太空制造”。

在過去的幾十年，已有大量研究集中于微重力對不同細胞的影響，然而，這還是在太空大規(guī)模培養(yǎng)人類組織。

肌肉流失，是衰老過程中的一種自然現(xiàn)象，主要發(fā)生在 30 歲以上且運動量少的人群中，并隨著年齡增加而加重。

斯坦福大學(xué)的 Ngan Huang 說：“肌肉流失很嚴重時，人會感到非常虛弱，并且可能導(dǎo)致疾病的發(fā)生?！北M管飲食和運動可以減輕肌肉流失帶來的不利影響，科研工作者一直以來都在尋找能夠拮抗肌肉流失的藥物。而在這個研究，科研人員將利用生物反應(yīng)器（一種能為細胞提供充足營養(yǎng)的腔室）培養(yǎng)的肌肉組織來評價抗肌肉流失藥物效能。

微重力下的肌肉流失

宇航員如果長期處于微重力下，也會出現(xiàn)肌肉流失。因此在太空中，宇航員們必須嚴格地進行鍛煉。Huang 和她的同事猜想，也許太空微重力環(huán)境可以用來模擬肌肉流失的過程，并且能大大縮短時間。

該團隊計劃于明年在 ISS 中實施他們的實驗，考察微重力是否能模擬“加速版”肌肉流失。如果能的話，他們希望利用太空這個環(huán)境來評價幾種有潛力成為抗肌肉流失藥物的性能。

這項研究不僅將為地球上生活的人們帶來福音，也將有利于長期遭受肌肉流失的宇航員們。

第二個研究則致力于制造出三維結(jié)構(gòu)的肝組織。在過去，生物醫(yī)學(xué)工程師們已經(jīng)能夠體外制造一些“比較薄”的組織，比如軟骨或皮膚；然而，培養(yǎng)復(fù)雜器官的組織如肝組織，在生物工程界里仍然是一個難題。其中一個原因是體內(nèi)器官的微環(huán)境很“軟”，細胞往往處于懸浮狀態(tài)；而目前用于人工培養(yǎng)組織的支架往往有一定硬度，細胞在這種環(huán)境下因為重力的原因會沉積到容器底部。

旋轉(zhuǎn)的器官

有研究報道，用高速旋轉(zhuǎn)的生物反應(yīng)器培養(yǎng)的肝組織和靜態(tài)培養(yǎng)的肝組織相比，前者細胞能代謝更多藥物。

不過，隨著細胞數(shù)量的增加，旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器必須轉(zhuǎn)得更快才能保證細胞處于懸浮狀態(tài)。但是，速度太快時，組織會被甩到壁上。

而高速旋轉(zhuǎn)事實上產(chǎn)生的就是微重力的效果，那么為什么不直接利用太空微環(huán)境來模擬體內(nèi)器官生長呢？受此啟發(fā)，加州大學(xué)圣地亞哥分校的外科學(xué)家 Tammy Chang 計劃在接下來幾年里，向 ISS 寄一些不同種類的干細胞，這些干細胞能夠分化成不同的肝組織和肝周血管。他們將利用一臺顯微鏡對生物反應(yīng)器內(nèi)對細胞進行實時攝影，形成組織后，組織將被寄回地球。

Chang 說，終的目的是把其中一些組織移植到鼠中來考察這些組織的功能性。這將為器官生產(chǎn)開辟一條全新的道路。

“如果我們真的能在太空中制造出器官來為無數(shù)患者帶來福音，那么為什么不做呢？”Chang 還認為這項技術(shù)可能會刺激火箭技術(shù)向低軌道發(fā)展，并且更便宜。

萊斯大學(xué)的生物工程師 Jordan Miller 認為考察微重力環(huán)境下組織的生長狀態(tài)能夠為一些未知問題帶來答案。他說：“如果微重力真的能為我們帶來正效益，也許我們應(yīng)該鑒定微重力下被激活的一些生物化學(xué)通路分子，在地球上我們只需要直接激活這些分子（而不需要進入太空）就可以模擬微重力環(huán)境了?！?/span>