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为什么宇航员回到地球都是被抬出返回舱的

点击次数:59  更新时间:2018-09-16 09:30 

昨天,SpaceX公司宣布:已经签下首个太空旅客的订单。也就是说,普通人的月球旅行即将成行。

人要上天,首先遇到的困境,是骨质疏松。

浙江大学生命科学学院王金福教授和余路阳教授团队的人骨髓间充质干细胞实验项目,就是为了搞明白,在微重力环境下,骨髓中干细胞生成骨细胞的过程,有什么异常。

日前,记者了解到,浙江大学这个团队的人体干细胞实验目前已通过立项,“Made in Zhejiang”的干细胞,有望成为首批中国载人空间站随行成员。

中国空间站核心舱计划于2020年前后发射,全站预计于2022年建成并投入运营。这个实验室的干细胞,曾经跟随中国的“实践十号”科学卫星以及“天舟一号”货运飞船,两次进入过太空。此次,将有望成为和中国航天员景海鹏一样,成为三次飞天的太空访客。

太空微重力环境下

骨钙的形成发生了问题

自从1961年人类首次冲出地球后,所有宇航员刚回到地球,都是被抬出返回舱的。他们回到地球后,会有好一段时间都“腿软”,不要说走路,站也站不起来。一定是维持生命工作的细胞发生了什么变化。

2016年4月6日1时38分,中国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”返回式科学实验卫星成功发射。这颗专为科研设计的卫星,搭载了19位“乘客”上天进行空间科学实验。其中就有王金福课题组的两组大约50万个人体干细胞。

两组培养单元里的细胞任务周期不同:一组只需要2天;另一组则进行7天实验。

两组干细胞同时开始在诱导液的作用下,在天上进行骨细胞诱导分化。这个过程,完全模拟了人体内干细胞分化成骨细胞的过程,也就是长骨钙的过程。

第一组完成两天诱导后,形成的新细胞被自动裂解,并低温保存;第二组完成一周诱导后,分化的细胞被固定并低温保存。

“通过分析我们发现,第一个单元的实验结果表明,干细胞到了太空,促使骨细胞分化相关的基因和蛋白表达水平的活性降低了;第二个单元里,干细胞变成骨细胞的量,比地球上做的比对实验产生的量要少得多。”

科学家们此前的研究表明:宇航员在微重力的环境中,骨质流失加剧。王金福团队的实验证明:在太空微重力环境下,不仅人会丢失骨钙,就连形成骨钙的机制也发生了问题。

王金福团队是全球第一个通过太空实际微重力实验,证明这个结论的团队。

第三次上天

寻找骨质疏松的关键原因

“实践十号的实验结果分析表明,微重力环境下,骨质的流失和生成两个方面同时发生作用,最终使宇航员患上严重的骨质疏松。”王金福说,“但干细胞定向分化为骨细胞的过程,一直没有在真正的太空微重力环境中得到直观的详细观察。”

所以干细胞,去年又上了一次天。

2017年4月20日19时41分,我国第一艘货运飞船天舟一号,由长征七号火箭发射送入太空,与在轨半年的天宫二号空间实验室进行交会对接。

在当天火箭发射前24小时,钱报记者在海南文昌发射基地见到王金福教授,他的团队把4个单元的干细胞(大约1000~10000个细胞)放入培养皿里。发射前5小时,这些细胞被装入反应器,入驻货运飞船。

跟着天舟一号飞天的这批干细胞,与飞船一样,不再返回地球。

当天舟一号与天宫二号对接后,反应器会开始工作。细胞们在太空中的一举一动,地球上的科学家可以实时观察到。

王金福团队发现:不但干细胞分化骨细胞的能力减弱了,同时,干细胞还在分化成脂肪细胞。也就是说,在太空中,人不但骨质疏松,还在长肥肉!

“人的细胞间,之所以能够相互连接组成网络结构,是靠胞外基质彼此连接。整合素,是一头连接着细胞内部的蛋白,一头连着胞外基质的物质。”

王金福解释说,在地球上,细胞外的胞外基质受到力的作用,形态会发生改变。它们在给整合素传递集合消息,使得整合素连接的蛋白聚焦到一起,形成黏着斑。

这些斑点很重要,它会激活细胞内相关酶的活性,诱导细胞中的蛋白活化而促进骨细胞生成。

实践十号上的干细胞降低了生成骨细胞的能力,是因为在失重环境下,黏着斑有可能没有正常形成。“这导致了后续一整条信号通路没有启动。”

通过前两次的太空实验,王金福团队已经阐释清楚了一条导致骨质生成减少的细胞信号通路。接下来,他们希望更进一步解释这一过程中的几个关键基因,为何在微重力环境下发生了重要变化。

驻空间站的宇航员将全程关照实验细胞,按照实验进程完成操作。太空阶段完成后,实验细胞可搭乘往返空间站和地球的飞船回到地面,供实验室做深入研究。

其实,骨质疏松这件事情,跟地球上的每一个人都有关系:宇航员因为失重环境而无法正常产生骨钙;地球上的人,随着年龄增长,也会出现同样的问题。

搞清楚这个机制,有助于人类研发对骨细胞生成起作用的分子药物。

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