自2019年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)在國(guó)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(gè)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(zhǎng)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(dòng)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(dú)特復(fù)雜性。
美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站在近日?qǐng)?bào)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(duì)人體有效，從而加速藥物研發(fā)進(jìn)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(gè)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(lái)，美國(guó)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(guó)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(huì)加速細(xì)胞衰老過(guò)程。因此，通過(guò)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(jì)出預(yù)防這些變化的療法。
穆奧特里團(tuán)隊(duì)類器官研究受到了美國(guó)國(guó)家航空航天局開(kāi)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(lái)越困難。
在即將發(fā)表的一篇論文中，穆奧特里團(tuán)隊(duì)將描述其培育的大腦類器官在國(guó)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(cè)腫瘤生長(zhǎng)
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(tuán)隊(duì)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(hào)分子的跡象。這些信號(hào)分子據(jù)信會(huì)激活某些基因，使癌癥生長(zhǎng)并擴(kuò)散。
賈米森表示，這表明太空中的壓力條件可能會(huì)以某種方式刺激癌癥的生長(zhǎng)。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(tuán)隊(duì)首先將血液干細(xì)胞送入太空，僅一個(gè)月后，這些細(xì)胞就顯示出癌癥相關(guān)基因開(kāi)啟突變的跡象。這些突變與細(xì)胞的異常生長(zhǎng)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(zhǎng)。類器官內(nèi)的細(xì)胞還打開(kāi)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)速度。
今年1月，研究團(tuán)隊(duì)又向國(guó)際空間站發(fā)射了一些癌癥類器官模型，以測(cè)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(duì)執(zhí)行太空任務(wù)的宇航員有益。
例如，未來(lái)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(hù)他們的血液干細(xì)胞不發(fā)生癌變。此外，利用他們?cè)谔罩械陌l(fā)現(xiàn)，研究人員計(jì)劃在今年晚些時(shí)候開(kāi)啟一項(xiàng)針對(duì)骨髓纖維化的臨床試驗(yàn)。
華盛頓大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)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(duì)腎臟的影響。不過(guò)，該團(tuán)隊(duì)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。科學(xué)家已用這樣的芯片對(duì)肺部、腎臟等許多器官進(jìn)行了模擬。
穆奧特里表示，在國(guó)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(guó)際空間站上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)總會(huì)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?yàn)楹教炱鲾y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(lái)獲得新發(fā)現(xiàn)。
