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空間站展開細胞研究,探尋重大疾病病因

為了破譯帕金森氏症和多發性硬化症的成因,科學家在國際空間站進行了一項實驗。神經系統遭到破壞是這兩種疾病的共同特徵,此項實驗就是要找到導致這種破壞的罪魁禍首。此外,科學家還希望通過這項實驗了解太空飛行對健康宇航員的類似細胞造成的影響

顯微鏡下的多巴胺能神經元,放大倍率20x。科學家利用帕金森患者的皮膚活組織培育出誘導性多能幹細胞。這種幹細胞隨後被分化成多巴胺能神經元(綠色)。帕金森患者喪失多巴胺能神經元。科學家正在研究如何用這些細胞替代喪失的神經元,以治療這種疾病

在國際空間站上,科學家正在進行一項實驗,希望能夠為帕金森氏症和多發性硬化症患者帶去福音。需要指出的是,這是科學家第一次在空間站上進行這種研究。這項實驗旨在研究神經和大腦免疫細胞之間如何發生互動,進而鎖定這些疾病的成因。

這項研究使用的實驗裝置搭乘SpaceX CRS-18貨運飛船登上空間站。神經系統遭到破壞是帕金森氏症和多發性硬化症的共同特徵,此項實驗就是要找到造成這種波壞的罪魁禍首。此外,科學家還希望通過這項實驗了解太空飛行對健康宇航員的類似細胞造成的影響。

國際空間站,是迄今為止人類送入太空的最大物體

此項研究由加州拉荷亞創業公司Aspen Neuroscience的幹細胞專家安德列斯·布拉特-裡爾和紐約幹細胞基金會研究所的多發性硬化研究員瓦倫蒂娜·弗薩蒂領導。布拉特-裡爾表示:“這是科學家第一次研究微重力環境和太空飛行對這種細胞產生的影響。由於引力的影響,我們很難在地球上的實驗室對這些細胞進行研究。現在,我們有能力在太空中進行這種研究。”

帕金森氏症和多發性硬化症是神經退行性疾病,能夠破壞大腦和中樞神經。研究人員懷疑這種破壞可能是免疫系統出現故障所致。美國宇航局希望了解太空飛行如何改變免疫系統,因為一些宇航員在執行太空任務後出現奇怪的變化,包括休眠病毒的暫時性激活。

顯微鏡下的小膠質細胞,放大倍率63x。小膠質細胞是大腦的免疫細胞,在多發性硬化症等神經退行性疾病中發揮的作用尚未被完全揭示。照片中展示的小膠質細胞由利用患者皮膚活組織培育的誘導性多能幹細胞分化而來

為了進一步了解這兩種疾病,布拉特-裡爾和弗薩蒂將目光聚焦可能在這兩種疾病發作過程中扮演重要角色的特定大腦細胞。第一種是神經元細胞。神經元形成了身體的神經網絡,允許大腦對其進行監控。第二種是小膠質細胞。這是一種在大腦中巡邏的免疫細胞,保護神經元免遭入侵者侵襲。

弗薩蒂說:“小膠質細胞分布在大腦的每一個角落。小膠質細胞很可能與神經退行性疾病的發病有關,因為這種細胞開始出現反常行為或者反應過度。行為失常的小膠質細胞可能造成了神經元的死亡。”為了證實這一點,研究人員需要對患者的神經元和小膠質細胞生長進行研究,同時與同年齡段健康人群進行比較。

在國際空間站上漂浮的CubeLab。這款實驗裝置由Space Tango公司研製

這些細胞位於大腦內,研究人員無法安全提取。布拉特-裡爾和弗薩蒂找到了另一種方式。借助一項名為“誘導性多能幹細胞”的新型幹細胞技術,他們利用患者和健康人群的皮膚細胞在實驗室培育神經元和小膠質細胞。隨後,他們將新培育的病變細胞和健康細胞送入太空,觀察它們在微重力環境下的變化。

布拉特-裡爾說:“我們知道力會改變細胞外型等細胞特徵,進而影響它們的行為。如果是在無重力環境下,會發生什麽呢?了解這些細胞如何應對無重力環境有助於我們揭示它們的活動機制。”現在,這些細胞在空間站上一個名為“CubeLab”的裝置中生長,其尺寸與小鞋盒相當。CubeLab由Space Tango公司打造。這家公司致力於為微重力研究研製儀器設備。

Space Tango公司研製的實驗裝置CubeLab

CubeLab內裝有一台用於觀察實驗過程的攝影機以及一對用於盛裝細胞的96艙容器。其中一個容器盛裝帕金森患者和同年齡段健康人的細胞,另一個盛裝多發性硬化患者和同年齡段健康捐獻者的細胞。一個管道-泵系統自動為艙室中的細胞提供流質營養。

30天內,布拉特-裡爾和弗薩蒂通過遠程監控,觀察神經元如何聚集成類器官以及小膠質細胞的反應和如何滲入類器官。一個月後,這些細胞將重返地球。屆時,研究人員將對它們的外形和排列進行分析,同時測試它們的DNA,以確定微重力和暴露在太空異塵餘生下是否改變它們的基因表達。

這項研究取得的發現將幫助科學家找到帕金森氏症和多發性硬化症的新療法。此外,揭示微重力和異塵餘生如何影響神經細胞還有助於科學家改進預防措施,進一步保護在太空中工作的宇航員,尤其是執行長期任務的宇航員。

翻譯:牛樹軍

編輯:盛雲卿

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