斯克里普斯研究所的科学家们揭示了微重力对脑细胞的影响。
众所周知，微重力会影响肌肉、骨骼、免疫系统和认知，但它对大脑的具体影响在很大程度上仍未被探索。为了调查这个问题，斯克里普斯研究中心（Scripps Research）的科学家们与纽约干细胞基金会合作，将被称为“类器官”的微小脑细胞簇送到国际空间站（ISS）。这些类器官来源于干细胞，旨在模拟大脑发育的某些方面。
值得注意的是，这些类器官在轨道上停留了一个月后仍然健康返回。然而，与地球上生长的同类器官相比，它们的成熟速度更快。暴露在太空中的细胞更接近完全发育的神经元，并显示出专业化的早期迹象。这些发现最近发表在《干细胞转化医学》杂志上，为太空旅行如何影响神经发育和大脑功能提供了新的见解。
“这些细胞在太空中存活的事实是一个很大的惊喜，”共同资深作者珍妮·洛林博士说，她是分子医学系的名誉教授，也是斯克里普斯研究中心再生医学中心的创始主任。“这为未来的太空实验奠定了基础，我们可以将大脑中受神经退行性疾病影响的其他部位纳入其中。”
微重力条件下类器官研究的创新方法
在地球上，研究小组利用干细胞制造了由皮质神经元或多巴胺能神经元组成的类器官，这些神经元群在多发性硬化症和帕金森病中受到影响，洛林已经研究了几十年。一些类器官还包括小胶质细胞，这是一种驻留在大脑中的免疫细胞，用于研究微重力对炎症的影响。
类器官通常生长在营养丰富的液体培养基中，必须定期更换，以确保细胞有足够的营养，并清除废物。为了避免在国际空间站上进行实验室工作，该团队首创了一种方法，可以在冷冻瓶中培养比通常更小的类器官 —— 这种小而密封的小瓶最初是为深度冷冻而设计的。
这些类器官是在肯尼迪空间站的实验室里制备的，然后放在一个微型孵化器里运往国际空间站。在轨道上呆了一个月后，它们返回了地球，在那里，团队证明他们是健康和完整的。
微重力环境下基因表达与细胞加速成熟
为了研究太空环境如何影响细胞功能，研究小组将细胞的RNA表达模式（一种基因活性的测量方法）与留在地球上的相同的“地面控制”类器官进行了比较。令人惊讶的是，他们发现，与地面对照相比，在微重力环境下生长的类器官具有更高水平的与成熟相关的基因，而与增殖相关的基因水平较低，这意味着暴露在微重力环境下的细胞比在地球上生长得更快，复制得更少。
洛林说：“我们发现，在这两种类型的类器官中，基因表达谱比地面上的器官更具有更古老发育阶段的特征。”“在微重力下，它们发育得更快，但重要的是要知道这些不是成年神经元，所以这并不能告诉我们任何关于衰老的事情。”
研究小组还指出，与他们的假设相反，在微重力下生长的类器官中，炎症和压力相关基因的表达更少，但需要更多的研究来确定原因。
洛林推测，与在常规实验室条件下和重力存在下生长的类器官相比，微重力条件可能更接近于大脑细胞所经历的条件。
“微重力的特征可能也在人们的大脑中起作用，因为微重力中没有对流 —— 换句话说，物体不移动，”洛林说。“我认为在太空中，这些类器官更像大脑，因为它们不会被一大堆培养基或氧气冲洗。它们非常独立；它们形成了类似小脑的东西，是大脑的缩影。”
这篇论文描述了该团队的第一次太空任务，但从那以后，他们又向国际空间站发射了四次任务。每一次，他们都复制了第一次任务的条件，并增加了额外的实验。
“我们计划做的下一件事是研究大脑中受阿尔茨海默病影响最大的部分，”洛林说。“我们还想知道神经元在空间中相互连接的方式是否存在差异。对于这类研究，你不能依靠早期的工作来预测结果，因为没有早期的工作。可以说，我们在底层；在太空中，但在地面。”
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