器官可从“天上来”：科学家计划在国际空间站培养人类组织

目前，有两个项目正在探索如何利用国际空间站（ISS）这个失重环境来培养肌肉纤维组织和肝组织。如果成功的话，这种技术将为开发生物医学新疗法提供新思路。大胆地试想，也许有一天，人类器官也能实现“太空制造”。

在过去的几十年，已有大量研究集中于微重力对不同细胞的影响，然而，这还是首次在太空大规模培养人类组织。

肌肉流失，是衰老过程中的一种自然现象，主要发生在 30 岁以上且运动量少的人群中，并随着年龄增加而加重。

斯坦福大学的 Ngan Huang 说：“肌肉流失很严重时，人会感到非常虚弱，并且可能导致疾病的发生。”尽管饮食和运动可以减轻肌肉流失带来的不利影响，科研工作者一直以来都在寻找能够拮抗肌肉流失的药物。而在这个研究，科研人员将利用生物反应器（一种能为细胞提供充足营养的腔室）培养的肌肉组织来评价抗肌肉流失药物效能。

微重力下的肌肉流失

宇航员如果长期处于微重力下，也会出现肌肉流失。因此在太空中，宇航员们必须严格地进行锻炼。Huang 和她的同事猜想，也许太空微重力环境可以用来模拟肌肉流失的过程，并且能大大缩短时间。

图 | 宇航员为防止肌肉流失进行锻炼（来源：NASA）

该团队计划于明年在 ISS 中实施他们的实验，考察微重力是否能模拟“加速版”肌肉流失。如果能的话，他们希望利用太空这个环境来评价几种有潜力成为抗肌肉流失药物的性能。

这项研究不仅将为地球上生活的人们带来福音，也将有利于长期遭受肌肉流失的宇航员们。

第二个研究则致力于制造出三维结构的肝组织。在过去，生物医学工程师们已经能够体外制造一些“比较薄”的组织，比如软骨或皮肤；然而，培养复杂器官的组织如肝组织，在生物工程界里仍然是一个难题。其中一个原因是体内器官的微环境很“软”，细胞往往处于悬浮状态；而目前用于人工培养组织的支架往往有一定硬度，细胞在这种环境下因为重力的原因会沉积到容器底部。

旋转的器官

有研究报道，用高速旋转的生物反应器培养的肝组织和静态培养的肝组织相比，前者细胞能代谢更多药物。

不过，随着细胞数量的增加，旋转生物反应器必须转得更快才能保证细胞处于悬浮状态。但是，速度太快时，组织会被甩到壁上。

而高速旋转事实上产生的就是微重力的效果，那么为什么不直接利用太空微环境来模拟体内器官生长呢？受此启发，加州大学圣地亚哥分校的外科学家 Tammy Chang 计划在接下来几年里，向 ISS 寄一些不同种类的干细胞，这些干细胞能够分化成不同的肝组织和肝周血管。他们将利用一台显微镜对生物反应器内对细胞进行实时摄影，形成组织后，组织将被寄回地球。

图 | 国际空间站 （来源：Wikimedia Commons）

Chang 说，最终的目的是把其中一些组织移植到鼠中来考察这些组织的功能性。这将为器官生产开辟一条全新的道路。

“如果我们真的能在太空中制造出器官来为无数患者带来福音，那么为什么不做呢？”Chang 还认为这项技术可能会刺激火箭技术向低轨道发展，并且更便宜。

莱斯大学的生物工程师 Jordan Miller 认为考察微重力环境下组织的生长状态能够为一些未知问题带来答案。他说：“如果微重力真的能为我们带来正效益，也许我们应该鉴定微重力下被激活的一些生物化学通路分子，在地球上我们只需要直接激活这些分子（而不需要进入太空）就可以模拟微重力环境了。”

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编辑：包纯洁

校审：戴青

参考：https://www.newscientist.com/article/2176780-doctors-will-grow-human-tissue-on-the-international-space-station/

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