太空生长的干细胞有望加速生物疗法

在国际空间站（ISS）上微重力环境下生长的干细胞具有独特的特性，有一天可能会帮助加速新的生物疗法并治愈复杂疾病，梅奥诊所的两位研究人员表示。法伊·阿卜杜勒·加尼（Fay Abdul Ghani）和阿巴·祖贝里博士（Abba Zubair, M.D., Ph.D.）发表在《npj微重力》上的研究分析发现，微重力可以增强细胞的再生潜力。祖贝里博士是梅奥诊所在佛罗里达州的实验室医学专家和再生生物疗法中心的医疗主任。阿卜杜勒·加尼是梅奥诊所的研究技术员。微重力是指失重或接近零重力的状态。

“在太空中研究干细胞揭示了在正常重力下无法检测到或未知的细胞机制。这一发现表明这项研究具有更广泛的科学价值，包括潜在的临床应用。”祖贝里博士说。祖贝里博士的实验室已经进行了三次将干细胞实验送上国际空间站的任务。他的综述论文提供了关于科学问题“太空是否是生长大量干细胞的理想环境？”的数据。另一个关键问题是，太空中生长的细胞在返回地球后能否保持其强度和功能。

“几乎所有研究干细胞的太空飞行的目标都是促进大量安全且高质量的临床级干细胞的生长，同时最小化细胞分化。”祖贝里博士说。“我们的希望是研究这些太空生长的细胞，以改善对中风、痴呆、神经退行性疾病和癌症等与年龄相关疾病的治疗。”

在地球上生长干细胞的挑战

骨髓和脂肪组织中的成体干细胞不会分裂和分化为特化细胞。因此，任何一位患者体内的成体干细胞数量都是有限的。为了获得足够的干细胞用于临床研究或患者使用，细胞必须被增殖和扩增。这是一个昂贵、耗时且结果不一致的过程。

通过在国际空间站上的研究，科学家们对细胞如何增殖、功能和分化为特化细胞有了新的理解。重要的是，他们还发现微重力比地球实验室条件下培养的细胞更能促进更好的细胞生长和功能。

“太空环境通过提供一个更自然的三维状态来促进干细胞的扩展，这更接近于人体内细胞的生长方式。相比之下，地球上的二维培养环境不太可能模仿人体组织。”祖贝里博士说。

太空生长的干细胞的发现

星际干细胞研究的即时价值可能是用于疾病建模的组织生长。太空培养的干细胞可以用来在培养皿中重现癌症和其他疾病的逼真模型。研究人员可以利用这些模型追踪疾病进展并测试新的治疗方法来阻止它。

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梅奥诊所和其他学术健康中心的论文全面回顾显示，太空研究的应用远远超出了实验室。几种在失重状态下生长的干细胞显示出临床潜力：

• 间充质干细胞是分泌生长因子的成体干细胞，具有潜在的愈合能力。祖贝里博士的团队记录了在微重力下扩增的间充质干细胞比在地球上生长的具有更强的免疫抑制能力。

• 造血干细胞具有血液再生能力，可以对抗感染、止血和携带氧气。在国际空间站上生长的造血干细胞显示出扩增和分化为红细胞或白细胞的能力，未来可能用于管理患有血液癌症的患者。

• 心血管前体细胞是血管和心肌的构建块。它们在修复肌肉方面起着关键作用。在太空中生长心血管前体细胞未来可能为修复心脏病发作后受损的组织提供新的选择。

• 神经干细胞存在于中枢神经系统中，在大脑发育、维护和修复中起着关键作用。在无重力环境中扩增的神经干细胞在地球上维持了其再生能力。研究人员正在研究在太空中生长的神经干细胞是否可以为中枢神经系统疾病提供替代疗法。

治疗障碍

尽管外星干细胞研究前景广阔，但研究人员面临许多挑战。细胞在长时间暴露于微重力后可能会失去其强度和功能。随着时间的推移，太空辐射可能会损害DNA并影响细胞的生长。另一个担忧是在微重力下生长的细胞是否会变成癌细胞。然而，祖贝里博士的团队并未发现在太空中培养的间充质干细胞中有染色体损伤可能引发癌症的证据。

太空中的干细胞研究仍处于早期阶段，细胞在失重状态下增殖的全部效应尚未完全了解。需要更多的科学数据、研究和资金来帮助研究人员充分理解空间扩展细胞的临床潜力。

“迄今为止进行的太空研究只是一个起点。随着研究继续探索利用太空推进再生医学的可能性，对干细胞应用的更广泛视角是可能的。”祖贝里博士写道。

这项研究得到了美国国家航空航天局和梅奥诊所再生生物疗法中心的资助。

来源：梅奥诊所

期刊参考：Ghani, F., & Zubair, A. C. (2024). Discoveries from human stem cell research in space that are relevant to advancing cellular therapies on Earth. npj Microgravity. doi.org/10.1038/s41526-024-00425-0

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