OSC 2024 类器官标准化大会
第三届粤港澳类器官与器官芯片医工融合发展大会
Organoid Standardization Convention
创新转化·标准先行
2024.4.20-21 中国·深圳

太空培育“类器官”,科学家发现了什么?

自2019年以来,科学家已经在国际空间站上培育出了包括人类的大脑、心脏和乳房在内的多个“类器官”模型。这些类器官通常利用人类干细胞培育而成,在一系列化学生长物质的帮助下,干细胞可发育成类似人体组织的三维结构。与老鼠或猴子等传统动物模型不同,类器官使科学家能更准确地重现人类器官的独特复杂性。


科学家在研究探索中指出,这些类器官有助揭示癌症、神经疾病和衰老的秘密,并在此基础上找到更好的疗法。这些类器官也有助找到哪些化合物对人体有效,从而加速药物研发进程。


01

厘清衰老根源


科学家为什么要在太空培育类器官呢?


其中一个原因在于,极端的太空环境可帮助他们研究人类衰老与疾病的关系。


多年来,美国加州大学圣迭戈分校阿利松·穆奥特里教授一直致力于将人类干细胞送往国际空间站,以培养模拟各种大脑疾病的类器官。


他解释称,阿尔茨海默病等疾病发作之前,可能已在人类身上潜伏了几十年。但研究表明,太空中的微重力环境会加速细胞衰老过程。因此,通过在微重力条件下研究大脑类器官,他们可确定与衰老相关的变化是如何发生的,并据此设计出预防这些变化的疗法。


穆奥特里团队的类器官研究受到了美国国家航空航天局开展的双胞胎研究的启发。在双胞胎研究中,宇航员斯科特·凯利前往太空一年,其同卵双胞胎兄弟斯科特·马克则留在地球上。当凯利返回地球后,与其兄弟相比,他出现了认知能力下降的迹象。例如,他发现自己学习和记忆变得越来越困难。


在即将发表的一篇论文中,穆奥特里团队将描述其培育的大脑类器官在国际空间站上的表现。他指出,这些大脑类器官出现了神经系统疾病的特征,如退化和细胞应激。


02

揭示癌症秘密


加州大学圣迭戈分校医学教授凯特丽奥娜·贾米森团队目前也在太空培育类器官,但培育的不是迷你大脑,而是微型肿瘤。


研究发现,回到地球后,凯利的血液出现了端粒缩短、DNA损伤以及一些信号分子的迹象。这些信号分子据信会激活某些基因,使癌症生长并扩散。


贾米森表示,这表明太空中的压力条件可能会以某种方式刺激癌症的生长。因此,在太空培育的微型肿瘤或能更好地揭示癌症是如何恶化的。


贾米森团队首先将血液干细胞送入太空,仅一个月后,这些细胞就显示出癌症相关基因开启突变的迹象。这些突变与细胞的异常生长和分裂有关。研究人员随后将一组白血病、结肠癌和乳腺癌肿瘤类器官模型送入太空。结果发现,这些模型在太空也“快速”生长。类器官内的细胞还打开了ADAR1基因,该基因负责编码可让癌细胞繁殖的酶。


在另一项实验中,研究团队证明,两种ADAR1抑制剂——菲卓替尼和瑞贝西尼可减慢小型肿瘤的生长速度。


今年1月,研究团队又向国际空间站发射了一些癌症类器官模型,以测试药物在更多癌症类器官中的抗癌潜力。


03

研究太空疾病


贾米森表示,这些类器官研究既能造福地球上的居民,也对执行太空任务的宇航员有益。


例如,未来执行太空任务的宇航员出发前可服用一片药丸,以保护他们的血液干细胞不发生癌变。此外,利用他们在太空中的发现,研究人员计划在今年晚些时候开启一项针对骨髓纤维化的临床试验。


华盛顿大学的一个团队则另辟蹊径,一直在研究太空这种能让人加速衰老的环境对肾脏的影响。不过,该团队培养的是另一种人体组织模型——芯片器官。芯片器官是指在芯片上培育特定组织的细胞,其能模拟人体器官的生理状况。科学家已用这样的芯片对肺部、肾脏等许多器官进行了模拟。


穆奥特里表示,在国际空间站上培育类器官与在地球上培育类器官大相径庭。首先,在国际空间站上开展实验总会受到设备和条件的限制。此外,将类器官送回地球也可能面临极大的不确定性,因为航天器携带的载荷经常容易降落在海洋中。尽管如此,科学家们还是希望利用这些类器官来获得新发现。


太空“类器官”研究是一项充满挑战但潜力巨大的新兴领域。它为研究人类衰老、癌症等重大疾病提供了新的工具和方法,有望为人类健康带来革命性的突破。


展望未来,太空“迷你人体”研究将继续取得以下进展:更加深入地了解人类衰老和疾病的机制,开发出更有效的疾病治疗方法,筛选和开发更安全、更有效的药物,为未来载人航天任务提供保障。