走进阿特伍德化学大楼Khalid Salaita的办公室，你可能会发现门把手上挂着一个印有国际空间站(ISS)图像的标签。"我正忙于我的ISS国家实验室项目，"标签上这样写着。
尽管敲门吧。Salaita会很乐意告诉你他实验室的最新任务。
"我们要去太空了！"化学系Samuel Candler Dobbs教授Salaita说道。"或者更准确地说，我们将把我们的力探针送往国际空间站，研究细胞力学在微重力环境下的变化。"
Salaita拍了这张自拍照，展示他的实验室作为项目一部分收到的国际空间站"纪念品"。
Salaita是分子机械生物学领域的先驱。他的实验室开发了由合成DNA制成的探针或传感器，用于测量细胞功能中涉及的微小力。该技术可以检测如眨眼般短暂、如皮牛顿般微弱的机械力——大约是一纸夹重量的十亿分之一。这些工具为研究从免疫系统激活到干细胞形成和血液凝固等各种过程的力学机制打开了大门。
美国国家科学基金会(NSF)和太空科学进步中心资助了Salaita为期三年的项目，用于研究低地球轨道微重力环境中的机械生物学。在接下来的一年里，他的实验室将准备力探针用于太空旅行，并在国际空间站国家实验室进行实验。
"我一直在和孩子们谈论我的工作，但这是他们第一次对此感到兴奋，"Salaita说。"终于！他们可是个难搞的观众。"
整个家庭计划在大约一年后前往发射场，届时力探针将被装载到火箭上，飞往国际空间站。
在以下问答中，Salaita解释了在太空中进行科学实验所涉及的一些挑战，以及该项目如何使人类受益。
什么促使你对这个项目产生兴趣？
在微重力环境下，人类生物学会发生巨大变化。宇航员在太空飞行期间骨密度会迅速下降。他们的免疫系统和血液凝固方式变得失调。他们的蛋白质表达和基因表达模式发生巨大变化。
衰老被加速。宇航员在国际空间站上的每一天相当于地球上的10天。这不是很奇怪吗？
在空间站上对培养皿中的细胞进行的先前实验表明，细胞的结构会发生变化。单个细胞在微重力环境下的外观和行为与在地球上非常不同。这意味着细胞以某种方式感知并响应重力，尽管细胞非常微小，所涉及的力也非常微弱。
我觉得这很迷人。为什么会这样？又是如何发生的？
你是如何获得资金的？
我在NSF网站上看到一个关于在空间站上研究组织工程和机械生物学的资助申请通知，我的实验室立即申请了。我认为这是我们可以用细胞力探针做的最酷的事情。
我们的第一个提案被拒绝了。我们提出的实验涉及在宇航员在空间站上时抽取他们的血液。这个想法存在一些明显的后勤挑战。而且我们意识到宇航员不喜欢被当作实验用的豚鼠。
我们决定再试一次。我联系了埃默里大学的同事Chunhui Xu（医学院儿科学教授），她曾获得资助，用于研究心肌细胞在国际空间站上的表现。
她非常慷慨地分享了她的时间和知识。我们遵循她的建议，设计了在培养皿中进行细胞实验，我们的修改后的提案被接受了。
我们提出了一个假设：细胞通过改变其固定方式来响应引力场的变化。就像帐篷需要地钉来固定在地面上一样，细胞会在活体组织或玻璃培养皿上构建粘附点作为固定点。
化学研究生Maia Vierengel和研究科学家Hiroaki Ogasawara是领导该项目的实验室成员。
在太空中进行科学研究有哪些挑战？
我们现在正在解决的一个大挑战是如何准备我们的合成DNA力传感器，使其能够经受住太空之旅。它们需要冷冻并储存在火箭的货舱中。我们在包装材料方面受到限制，因为每克重量的运输成本约为100美元。
我们还需要准备和冷冻我们的永生化细胞样本。这些是常见的成纤维细胞，经过改造后可以在培养皿中无限生长。
力探针和细胞样本将在到达空间站后解冻，重新恢复活性。
我们需要尽量减少运行实验所需的步骤数量。我们还必须构建特殊的硬件来进行实验。在微重力环境下，物体不会像在地球上那样简单地放在普通培养皿中。
在允许细胞生长然后应用力探针后，宇航员需要用固定剂多聚甲醛停止这一过程。最后，样本必须再次冷冻并准备好运回地球，以便我们的实验室分析结果。
你希望学到什么？
了解细胞功能在微重力环境下如何改变，将帮助我们更好地理解它们在地球上的机械生物学。我们希望应用所学知识进一步完善我们的力探针，并继续扩大其在生物医学科学中的应用。
我们的力探针已经被世界各地的研究小组使用，用于研究从免疫细胞到神经元甚至各种类型的癌细胞的机械生物学。在埃默里大学，我们正在使用力探针技术进行人体试验，以更好地预测心脏病患者的出血功能障碍风险。
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