到太空去！零重力讓克隆器官“自由”地生長

7月23日，我國用長征五號遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射首次火星探測任務(wù)天問一號探測器，將探測器送入預(yù)定軌道，開啟火星探測之旅，邁出了我國行星探測第一步。近年來，各國之間太空科技發(fā)展的競爭愈加激烈，太空中超低溫、零重力的特殊環(huán)境帶來了許多學(xué)科的技術(shù)創(chuàng)新。

使用人類自身的細(xì)胞制造出可供移植的人體器官，是治療人類各種疾病的“終極手段”之一。而在制造的過程中，地球重力是一個非常麻煩的問題。重力通過影響蛋白質(zhì)和基因在細(xì)胞內(nèi)部的相互作用方式，形成極化的組織（這是自然器官發(fā)育的基本步驟）來影響細(xì)胞行為。而當(dāng)我們嘗試在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制復(fù)雜的三維組織時，重力則是一個負(fù)面影響因素。

在太空實(shí)驗(yàn)室中生長的器官

在地球上，為了在實(shí)驗(yàn)室中制造形狀完整的器官，科學(xué)家使用支架為干細(xì)胞提供了一個基于預(yù)定剛性形狀的附著表面。例如，人造腎需要某種形狀的結(jié)構(gòu)或支架以使腎細(xì)胞在其上生長。實(shí)際上，這種方法有助于器官在早期階段的生長，但在后期則會產(chǎn)生問題：長成的器官對支架本身產(chǎn)生了免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致器官的三維結(jié)構(gòu)不準(zhǔn)確。 相比之下，在失重條件下，細(xì)胞可以自由地自組織成正確的三維結(jié)構(gòu)，而無需支架的輔助。通過消除生長過程中的重力，我們可以創(chuàng)造新方法來克隆器官，例如無支架的軟骨和血管，在人工環(huán)境中模仿其自然細(xì)胞排列。盡管這并不是在人類子宮中發(fā)生的事情（畢竟子宮也受到重力作用），但失重條件確實(shí)為我們提供了優(yōu)勢。

該生物培養(yǎng)系統(tǒng)將使生物學(xué)家通過研究國際空間站微重力環(huán)境中生長的細(xì)胞，來了解太空如何影響人類健康。該生物培養(yǎng)系統(tǒng)將使生物學(xué)家通過研究國際空間站微重力環(huán)境中生長的細(xì)胞，來了解太空如何影響人類健康。（圖片來源：NASA / Ames研究中心/ Dominic Hart） 在國際空間站上，人們有可能做到這一切。這些實(shí)驗(yàn)可幫助研究人員優(yōu)化組織生長，以用于基礎(chǔ)科學(xué)，個性化醫(yī)學(xué)和器官移植。 還有其他原因促使人們在太空中制造器官。長期的太空任務(wù)會在宇航員體內(nèi)造成一系列生理變化。盡管其中一些改變可以隨著時間而逆轉(zhuǎn)，但另一些則不能，這會影響到未來的人類太空飛行。人們對宇航員執(zhí)行任務(wù)前后的身體進(jìn)行研究可以揭示其器官出了什么問題，但對導(dǎo)致觀測到的變化的機(jī)理卻知之甚少。因此，在太空中生長的人體器官可以補(bǔ)充這種類型的研究，并找到解決這種問題的方法。

最后，我們所知道的所有生命形式都是在微重力的作用下進(jìn)化的。沒有重力，我們的大腦可能會沿著不同的軌跡發(fā)展，或者我們的肝臟可能無法像地球上那樣過濾液體。完全不同的生活環(huán)境可能會給有關(guān)人體機(jī)理研究帶來新的啟示。